Sabéis que me encanta hablaros de motores de vez en cuando. Hoy os traigo un curioso tutorial en el que trataré de explicaros cuáles son las principales diferencias entre las mecánicas tradicionales de pistones y el deseado motor rotativo de Mazda (también conocido como motor Wankel), cuyo regreso ha creado gran expectación por sus grandes diferencias respecto a lo que conocíamos.
Como ya sabéis, la gran mayoría de automóviles que vemos en las carreteras tienen una cosa en común: tradicionales motores en línea de tres y cuatro cilindros con un desplazamiento que normalmente va de los 1.4 a los 2.0 litros. Los modelos más grandes, lujosos y/o deportivos, cuentan con mecánicas algo más jugosas en sus entrañas, con mayor cilindrada.
También ofrecen diversas configuraciones. Por ejemplo, los motores bóxer, los cinco cilindros, los V6, los V8, los V12… e incluso alguna salvajada como el poderoso bloque de 16 cilindros del Bugatti Chiron. En cualquier caso, todos ellos desempeñan su tarea de la misma manera, con el esfuerzo de los pistones. Sin embargo, los motores rotativos son la oveja negra del automovilismo.
Su manera de entregar la potencia es completamente distinta, como te contamos en esta guía. Para que entendáis las diferencias existentes entre los motores de pistones y los motores rotativos, así como sus principales ventajas e inconvenientes, empezaré explicándoos cómo funciona cada uno de ellos ¡Comencemos!
Motor tradicional vs. motor Wankel
Cómo funcionan las mecánicas de pistones
El ciclo de funcionamiento teórico de cuatro tiempos de un motor de combustión interna es común para todos los tipos existentes: admisión, compresión, combustión y escape. Sin embargo, es cierto que cada motor utiliza distinta tecnología para hacer su trabajo y puede haber variaciones entre ellos que ahora veremos.
Para las mecánicas de pistones, tomaremos de ejemplo un motor de combustión interna de gasolina con cuatro cilindros. Este basa su funcionamiento, como su propio nombre indica, en el quemado de una mezcla comprimida de aire y combustible dentro de una cámara cerrada o cilindro. Esto permite incrementar la presión y generar con suficiente potencia el movimiento lineal alternativo del pistón.
En este caso, tenemos un total de cuatro cilindros en los que ocurre este proceso. En el motor, el pistón se ubica dentro del cilindro. Las paredes de este restringen su movimiento lateral y le permiten únicamente un desplazamiento lineal alternativo entre el punto muerto superior (PMS) y el punto muerto inferior (PMI). Es lo que popularmente conocemos como ‘carrera’.
Como podéis ver en el vídeo, el pistón desciende dejando entrar aire. Este movimiento está sincronizado esencialmente con el sistema de encendido y con el sistema de válvulas -compuesto por el conjunto de válvulas de admisión y escape-. Su función no es otra que servir de compuerta para permitir la entrada de la mezcla y la salida de los gases de escape.
Quizá lo entendáis algo mejor echándole un vistazo al post de las diferencias entre los motores V-TEC, VANOS y VVT-i. Allí lo expliqué con todo lujo de detalles. Al mismo tiempo, se inyecta gasolina en el cilindro. En ese momento, el pistón vuelve a subir, comprimiendo la mezcla de aire y combustible. Con ello, el sistema de encendido provoca la combustión a través de una chispa de alta tensión.
Eso da lugar a una pequeña explosión que provoca un aumento considerable de la temperatura y empuja de nuevo el pistón hacia abajo. Una vez el pistón toca de nuevo el PMI, vuelve a subir expulsando los gases por la válvula de escape. A través del proceso de la combustión desarrollado en el cilindro, la energía química contenida en el combustible es transformada en energía calorífica.
Parte de ella se transforma en energía cinética -movimiento- para mover las ruedas; mientras que el resto se disipa en el sistema de refrigeración y el sistema de escape, el accionamiento de accesorios y en perdidas por fricción. Tanto el movimiento del pistón como la presión ejercida por la energía liberada en el proceso de combustión se transmiten por la biela al cigüeñal.
El cigüeñal es un eje asegurado por los apoyos de bancada al bloque del motor. Este cuenta con unos descentramientos en los cuales se apoyan las bielas, que a su vez son los que permiten que el movimiento lineal del pistón transmitido por la biela se transforme en un movimiento circular del cigüeñal. Allí se convierte en movimiento rotativo.
Dicho movimiento rotativo, posteriormente se transmite a los mecanismos de transmisión de potencia. Por ejemplo, la caja de velocidades, los ejes o el diferencial, entre otros. Finalmente este pasa las ruedas, con la fuerza potencia para desplazar el vehículo a la velocidad deseada por el conductor.
Cómo funcionan los motores Wankel
Un motor Wankel, más conocido como «motor rotativo» es un tipo especial de motor de combustión interna. Se caracteriza porque está constituido por una cámara de combustión en la que un rotor hace posible que se produzcan los cuatro tiempos de la combustión de gasolina, pero contando con un movimiento constante y sin «tiempos muertos».
En otras palabras, el rotor gira constantemente mientras se efectúa la admisión, compresión y combustión de combustible, seguido por el escape de los gases resultantes. En cierto modo podemos decir que es un motor de cuatro tiempos que se comporta como un dos tiempos, y que consume aceite en el proceso.
El rotor está diseñado de manera que mantiene sus vértices en contacto con el estator (la cavidad, para entendernos). Gracias a ello, en cada momento existen tres compartimentos estancos que se encuentran en fases diferentes del proceso. Para entendernos, cuando un compartimento está expulsando gases, el otro está en la fase de admisión y el tercero se encuentra ya en la de combustión.
De esta forma se asegura el continuo movimiento del rotor. A su vez, este transmite la fuerza a un cigüeñal que tiene un centro único alrededor del que gira. Cabe destacar que Mazda no es el único fabricante de automóviles que ha hecho uso de este tipo de mecánica. Sin embargo, sí que es la compañía de automoción que más lo ha explotado.
Ventajas y desventajas de un motor de pistones
En conjunto, la mayoría de los motores de pistones cuentan con algunas ventajas reseñables:
- Fiabilidad.
- Múltiples aplicaciones en vehículos de distintos segmentos.
- Menor coste de mantenimiento.
- Mínimo gasto de aceite.
- Bajas emisiones y consumos debidos a su bajo desplazamiento y su eficiente ciclo de combustión.
Respecto a las desventajas de este tipo de propulsores, encontramos que:
- Tienen un mayor número de piezas móviles. Esto se traduce en mayores posibilidades de averías y desgastes, con el desembolso que ello supone. Eso sí, las piezas son más baratas que en el caso de un motor rotativo.
- Por lo general, su tamaño es bastante generoso. Sobre todo en el caso de los seis cilindros en línea longitudinales como los empleados por BMW. Estos requieren que el vehículo sea de tracción trasera y cuenten con una cavidad considerable en el vehículo. Es algo que limita su uso en modelos de segmentos inferiores.
- Para un mismo desplazamiento, produce mucha menos potencia que un motor rotativo.
Diferencias entre gasolina y diésel
Hemos de tener claro que existen algunas diferencias entre las mecánicas de gasolina y las mecánicas diésel. Daré únicamente unas pinceladas sobre ello. Si estáis interesados en profundizar en el tema y ver todas las ventajas de cada uno, podéis echar un vistazo a nuestra breve guía de motores de combustión interna, donde explicamos lo mejor y lo peor de cada uno:
- Peso: La necesidad en los motores diésel de soportar presiones mayores para la compresión del combustible y su explosión obliga a que en su fabricación se utilicen materiales más pesados y resistentes.
- Fiabilidad: Debido a la estructura más fuerte y pesada de los motores diésel respecto a los de gasolina, su fiabilidad también es más alta. Esto se traduce en una vida útil más larga. Además al utilizar un combustible que detona por alta presión, se prescinde de las bujías. Por ello no es necesario un cableado y bobinas para su funcionamiento.
- Precio: Al igual que en los puntos anteriores la necesidad de soportar mayores presiones también afecta al coste. Un motor con piezas más resistentes también es un motor más caro.
- Potencia: Al tratarse de dos combustibles totalmente distintos, sus prestaciones evidentemente también lo serán. Si lo que estas buscando en un motor con mucha fuerza en bajas revoluciones y capaz de arrastrar lo que se te pase por la cabeza, tu opción es el diésel. Si por el contrario buscas una respuesta rápida, alto régimen de vueltas y caballos por doquier, lo mejor para ti es elegir un motor gasolina.
Ventajas y desventajas de un motor Wankel
Los motores rotativos tienen algunas ventajas, pero sus desventajas no pasan desapercibidas. De hecho, son las principales razones por las que fabricantes como Mazda ponen en duda que el motor rotativo tenga cabida en sus planes futuros. Hoy día, los motores Wankel tradicionales son motores obsoletos y sin continuidad a corto, medio o largo plazo.
En esencia, son motores más caros y peculiares en su mantenimiento. Es más, en cierto sentido son frágiles. Sus ventajas no terminan de compensar lo que se necesita para mantenerlos en perfectas condiciones. Por si fuera poco, consumen mucho aceite para motor rotativo y nos obligan a volver a pensar como si fuese un motor 2T.
Ventajas del motor Wankel
- El motor Wankel tiene menos piezas móviles que un motor convencional. En concreto, solo cuatro piezas: bloque, rotor, árbol motor y sistema de refrigeración y engrase. En principio, por eso son más fiables.
- Todos los componentes están equilibrados internamente con contrapesos giratorios para suprimir cualquier vibración y contribuir a la suavidad de la marcha. También favorecen una entrega de potencia más suave. En general, las vibraciones son mínimas, porque las inercias dentro del motor son muy pequeñas. Además, el cigüeñal tiene un solo centro.
- Dado que hay menos piezas dentro del motor, el peso total es menor al de los motores convencionales.
Desventajas del motor Wankel
- Las normas son cada vez más exigentes en cuanto a emisiones contaminantes. Los motores rotativos tienen dificultades equivalentes a las de los motores de dos tiempos en cuanto a emisiones. Además, consume aire, combustible y aceite, todo un «combo».
- Menos cantidad de motores rotativos en el mundo significa que los mantenimientos son más caros. En los motores más extendidos, los mantenimientos son más baratos precisamente por esa «universalidad». Para los rotativos existe menos personal cualificado. Además, hay que sumarle el hecho de que la patente de estas piezas es de la propia marca. Dicho de otra forma, siempre deberemos «morir» en el servicio oficial.
- En general, son motores que consumen más.
- Son motores complejos y se nota en las necesidades de estanqueidad entre las diferentes secciones del rotor. Además, la complejidad se nota en el encendido: todas las piezas y componentes deben estar perfectamente sincronizados para que no se produzca una combustión precoz. De producirse, podría estropear el motor.
- El freno motor, como tal, no existe; o al menos podemos decir que es más parecido a un 2T que a un 4T. Por este motivo, es necesario compensarlo con sistemas de frenos más potentes.
El nuevo motor Wankel 8C de Mazda
El nuevo motor rotativo 8C es un rotor simple. Tiene 830 cc con un radio de rotor de 120 mm y un ancho de rotor de 76 mm. Gracias a su compacto tamaño, Mazda ha podido instalarlo de forma coaxial e integrarlo con el motor eléctrico, el decelerador y el generador. Con ello, logra una unidad con un ancho total de menos de 840 mm.
Esto permite a la marca instalarlo bajo el capó del MX-30 sin alterar la posición del resto de componentes. Gracias al uso de aluminio, el nuevo motor rotativo es 15 kg más ligero que el motor Renesis de doble rotor utilizado en el Mazda RX-8. El uso de inyección directa de combustible reduce las emisiones y aumenta la economía de combustible.
Adicionalmente, el motor también cuenta con un sistema de recirculación de gases de escape (EGR). De esta forma, mejora la eficiencia a bajas revoluciones y funcionamiento con poca carga. Con un tanque de combustible de 50 litros, el generador rotativo permite viajes de larga distancia sin necesidad de paradas regulares en las estaciones de servicio.
Asociado a este motor rotativo encontramos un sistema eléctrico con una batería de 17,8 kWh. Esto garantiza una capacidad suficiente para una autonomía de conducción eléctrica de 85 km. Al mismo tiempo, tiene en cuenta el impacto medioambiental de la batería durante todo el ciclo de vida del vehículo. El motor eléctrico tiene 170 CV (125 kW) y 260 Nm de par.
