Cum functioneaza motoarele rotative Wankel

Scurt istoric

Chiar daca in prezent, motoarele rotative de Mazda se cheama Wankel, de la inventatorul Dr. Felix Wankel, acestea dateaza cu multa vreme inainte, chiar dinainte de 1900. Se pare ca primul care a creat si patentat un astfel de motor este Felix Millet, in 1888, care a facut un motor rotativ cu 5 cilindri care invartea o roata de bicicleta. Inventia lui a fost pusa pe o masina in 1900 de catre Darracq.

Primele motoare rotative aveau un numar ciudat de cilindri, 7 sau 9, aranjati in cerc. Se pare ca acest numar de cilindri asigura un echilibru mai bun, datorita secventelor de aprindere. Motorul avea un bloc fix si se numea motor radial. Acest tip de motor si-a gasit utilizarea pentru avioane, dar ridica o problema mare: racirea, mai ales in utilizarea pe loc. Astfel, motorul radial a primit modificari: blocul, impreuna cu cilindrii, se invartea odata cu elicea, in timp ce arborele ramanea fix. Asa s-a nascut motorul rotativ. Racirea era mai buna, dar au inceput problemele cu instabilitatea si controlul.

Motor rotativ de avion

La inceputul anilor '20, motorul rotativ a devenit demodat si invechit, iar dezvoltarea lui a incetat. Pana in anul 1957, cand inginerul german, Felix Wankel, a inventat un design special, o evolutie a motorului rotativ, care utiliza un rotor in forma de triunghi ce se invarte intr-o carcasa ovala. Si pentru ca nu are pistoane, motorul Wankel este considerat un motor rotativ fara pistoane. Incepand cu anii '60, dezvoltarea motorului nou creat de Wankel a inceput in forta, dar chiar si asa, numai Mazda a reusit sa modifice cu succes designul initial si sa-l integreze in identitatea brandului, fiind singura marca ce a pus motorul pe masini de serie.

Cum functioneaza

Motorul Wankel este un motor cu combustie interna ce foloseste aceleasi principii de a converti presiunea in miscare de rotatie, ca si motoarele cu pistoane. Dar fara vibratiile si stresul mecanic la rotatii mari. Dr. Wankel a inceput sa creeze motorul astfel: o roata dintata exterioara a fost fixata pe o coala alba. A urmat integrarea unei alte roti dintate mai mari cu dinti pe interior, cu raport dintre cele doua roti de 2:3. Urmatorul pas a fost atasarea unui brat cu un creion pe exteriorul rotii mari. Cand se invartea roata cea mica, creionul desena pe coala un oval cu laturi neregulate (interiorul blocului motor).

Desenul lui Wankel de la care a luat nastere motorul

Motorul Wankel merge in 4 timpi ca si cel cu piston, rotorul central realizand toate cele 4 cicluri: admisie, compresie, aprindere si evacuare, in interiorul camerei ovale. Si chiar daca ambele tipuri de motoare functioneaza dupa aceleasi reguli, diferentele sunt in ceea ce priveste transformarea miscarii in forta mecanica. Intr-o camera de combustie rotativa, presiunea este aplicata pe o parte a rotorului. Rotorul, fiind triunghiular, interiorul blocului oval va fi intotdeauna impartit in 3 parti, in 3 camere functionale. Adica un sistem diferit fata de motorul cu pistoane, unde cele 4 procese au loc in fiecare cilindru.

Ciclurile motorului Wankel si a celui cu piston

Designul original al lui Wankel avea roata dintata mica cu 20 de dinti, iar cea mare avea 30 de dinti pe interior. Asadar, era un raport de invartire de 1:3, intre rotor si ax (legat de roata cea mica). Adica in timp ce roata mare face o tura completa, cea mica face 3. Un ax este legat la roata mica din mijloc, echivalentul arborelui de la motorul clasic. Si cand motorul merge, axul central face sa zicem 3.000 rpm, in timp ce rotorul triunghiular face 1.000 rpm. Asta se traduce printr-un mers mai fin al motorului, dar si prin niste rotatii mult mai mari.

Cum se calculeaza capacitatea cilindrica a unui motor Wankel?

Aceasta se calculeaza prin volumul camerei ovale inmultit cu numarul rotoarelor. De exemplu, daca avem o camera de 654 cc si doua rotoare, vom avea aproximativ 1300 cmc. Mai departe, volumul unei camere de ardere se masoara scazand din volumul maxim, volumul minim al unei camere in functiune. Rata de compresie se calculeaza ca fiind raportul dintre volumul maxim si cel minim. Chiar daca pare putin complicat, va recomandam sa urmariti filmul si desenele ca sa intelegeti mai bine.

In Romania, capacitatea cilindrica trecuta in talon/carte, este capacitatea camerei inmultita de 4 ori. Fie este o greseala a celor de la RAR, care nu prea stiu cu ce se mananca motoarele rotative, fie este trecuta dublul capacitatii reale din cauza poluarii masive, nu se stie, dar in actele masinilor cu motor Wankel inscrise in RO, centimetrii cubi nu sunt cei reali.

Avantajele motorului Wankel

In primul rand, este vorba de dimensiunea mica si greutatea scazuta. Asta este un amanunt crucial, atunci cand creezi o masina usoara cu un motor puternic. In plus, ajuta la imbunatatirea sistemelor de siguranta in caz de accident, pentru ca este mai mult loc sub capota. In plus, spatiul poate fi folosit pentru alte sisteme si pentru o mai buna distribuire a greutatii.

Un alt amanunt interesant este plaja cuplului motor care este constanta indiferent de turatie. Un motor rotativ cu 2 rotoare produce un cuplu similar cu cel al unui motor clasic V6, iar unul cu 3 rotoare produce cuplul unui motor V8.

Un alt avantaj consta in structura simpla a motorului, fiabilitate si durabilitate. Nu exista pistoane, biele, valve actionate mecanic, curele puse la punct, ceea ce inseamna ca motorul e mai usor de fabricat si are mult mai putine piese in miscare. Prin umare, in cazul unui mers sportiv, motorul Wankel este mai fiabil in timp. Si asta pentru ca daca motorul merge cu 8.000 rpm, rotoarele se invart la o treime din aceasta valoare.

Componentele unui motor rotativ Mazda

Care sunt dezavantajale motorului Wankel

Acestea sunt destul de multe, dar nu sunt foarte grave. Este vorba de proasta etanseizare a camerelor atunci cand rotorul se invarte, ceea ce se traduce prin multa benzina nearsa, adica un consum mare. Durata unui ciclu dureaza cu 50% mai mult decat la un piston, iar functionarea motorului lasa mai mult monoxid de carbon sa iasa pe evacuare, ceea ce il face un "paria" printre ecologisti.

Insa cel mai mare dezavantaj este consumul mare de benzina. Teste comparative arata ca un Mazda RX8 consuma mai mult decat o masina mai grea, cu motor V8, cu o capacitate cilindrica mai mare de 4 ori, obtinand performante similare. Un alt dezavantaj este ca diferite cantitati de ulei ajung in camerele de ardere, ceea ce ii obliga pe proprietarii de masini cu motoare rotative sa adauge permanent ulei.

Motoarele Mazda

Mazda a introdus primul motor rotativ cu doua rotoare in luna Mai, 1967 cu modelul Cosmo Sport 110S. Acesta avea doua rotoare si o capacitate de 491 cc, producand o putere de 110 cp la 7.000 rpm. In 1970, Mazda a venit cu prima transmisie automata pe un motor Wankel si 3 ani mai tarziu a lansat prima camioneta cu un motor rotativ.

Dupa ce a implementat sistemul de inductie cu 6 porturi, pentru mai multa putere si o economie mai buna, Mazda a dezvoltat motorul pentru a incerca sa scada emisiile de carbon. A reusit sa faca un catalizator cu 2 stagii pentru a scadea poluarea, iar pentru a consuma mai putin s-au folosit cate 3 admisii pentru fiecare camera de rotor, controlate in 3 etape.

O alta etapa in evolutia Mazda a fost folosirea turbinelor pe motorul rotativ. In 1982, modelul Cosmo RE Turbo a inceput sa se vanda ca fiind prima masina din lume cu motor rotativ, dotat cu turbo. Ulterior, Mazda a venit si cu turbina "twin-scroll" pentru a minimaliza lag-ul.

Motor Renesis de pe Mazda RX-8

Mazda a inventat "capodopera" Renesis, un motor care era o geneza a motorului rotativ (RE). Acesta este un motor de 654 cc x 2, ce produce 250 cp la 8.500 rpm si un cuplu de 216 Nm la 5.500 rpm. Motorul a castigat premiul de "Motorul Anului" in 2003. Ulterior, Mazda a mai venit cu un motor Wankel ce mergea pe hidrogen si benzina, dar nu s-a bucurat de succes.

Ultima evolutie a motorului rotativ este in dezvoltare si si-a facut o prima aparitie pe conceptul Mazda Taiki. Acesta promite o capacitate mai mare, de 1600 cc, adica 800 x 2, asadar o putere mult mai mare, de peste 300 cp. Si chiar daca problema poluarii s-a rezolvat, Mazda va continua sa se confrunte cu cele legate de consumul de ulei si benzina, care vor ramane in continuare, din cauza designului initial.

Motorul Wankel