MOTORES WALKEN
1. Características
Se caracterizan porque el movimiento de rotación se obtiene directamente en el pistón o rotor, que tiene forma triangular y gira impulsado por la combustión que se produce en las tres cámaras radiales.
En una vuelta del rotor tienen lugar los procesos de admisión, compresión, expansión y escape, en cada una de las tres caras del rotor. Su funcionamiento es similar a los motores de cuatro tiempos con tres cilindros, con la diferencia de que en el rotativo se obtienen tres explosiones en cada vuelta.
En el motor alternativo se obtiene un movimiento rectilíneo cuyas fuerzas causan desgastes irregulares y desequilibrios que producen vibraciones, por el contrario el motor rotativo tiene claras ventajas, puesto que funciona con mayor suavidad, pudiéndose alcanzar un elevado numero de revoluciones.
Los procesos de admisión y escape se realizan mediante lumbreras que son controladas por el giro del rotor, se prescinde del sistema de distribución
2. Constitución
El motor rotativo tiene una construcción sencilla.
El bloque o carcasa, se fabrica en aleación ligera. En su interior se encuentra la camisa, que constituye la superficie de rozamiento con el rotor, Para mejorar la resistencia al desgaste se superpone una capa de cromomolibdeno con un recubrimiento de grafito qu eaporta cualidades autolubricantes. La forma interior de la camisa permite que el rotor pueda girar en su interior y mantener los tres vértices e contacto permanente con la camisa
Sobre la carcasa y en sentido radial, van ubicadas las lumbreras de admisión y escape, a trasvés de las cuales se realiza el intercambio de gases
Las bujías se sitúan en el lado opuesto a las lumbreras, en la periferia se practican las cámaras para el líquido refrigerante. El bloque queda cerrado por dos piezas laterales, atornilladas ala carcasa con una junta.
El rotor tiene forma de prisma triangular con 3 lados ligeramente convexos en cada uno de los lados se practica una cámara de combustión en forma de bañera alargada
En el centro del rotor hay un orificio con un dentado interno, que en uno de sus lados engrana con un piñón que permanece fijo en el lateral de la carcasa. Este engranaje sirve de apoyo al rotor para mantener su giro excentrico dentro de la camisa epitrocoide.
En el interior del orificio se sitúa el árbol motriz. Apoyado en sus extremos sobre cojinetes en las piezas laterales. Fijado a él se sitúan las excénticas que encajan en los orificios de los rotores.
La transmisión de fuerzas entre el rotor y el árbol motriz se realiza a través de la excéntrica, sobre el que empuja el rotor al girar, de esta forma el árbol de excéntricas actúa de la misma manera que el cigüeñal en el motor de pistón alternativo.
Generalmente se construyen motores de 2 o 3 rotores, con cilindradas de 600 a 700 cm3 por cada rotor.
La estanqueidad de las 3 cámaras durante del giro del rotor se consigue mediante los segmentos.
Los vértices del rotor van ranurados para alojar a los segmentos. En las esquinas se montan unos bulones que permiten un pequeño giro para adaptarse a las paredes de la camisa con el ángulo más adecuado.
También es necesario estanqueizar los laterales del rotor; para ello se instalan 3 regletas en cada uno de sus lados, alojadas en sus ranuras y provistas de muelles expansores que aseguran el contacto con las paredes laterales.
Las cámaras de combustión están formadas por un pequeño vaciado en el centro de cada lado del rotor. Estas cámaras presentan una gran superficie respecto a su volumen, y el frente de llama tiene largos recorridos durante la inflamación. Para lograr una combustión más completa se emplean 2 bujías separadas entre sí de 15º a 20º.
Los sistemas de refrigeración y engrase son similares a los que montan los motores de pistón alternativo aunque con algunas particularidades.
La lubricación de los segmentos se realiza añadiendo aceite al combustibles mediante un dispositivo que dosifica la cantidad en función de las revoluciones y de la carga del motor. Otro sistema consiste en inyectar desde el rotor una determinada cantidad de aceite sobre las paredes de la camisa.
3. Funcionamiento del motor rotativo
El rotor de forma triangular gira sobre una excéntrica situada en el árbol motriz o eje de salida de par. Durante su rotación, los 3 vértices del rotor están en permanente contacto con la superficie interna de la camisa en forma de curva epitrocoidal.
El dentado interno del rotor engrana con un piñón estacionario que describe órbitas alrededor de el. El giro del rotor es transmitido al árbol motriz a través de la excentrica, de manera que por cada revolución del rotor el árbol motriz gira tres vueltas (el dentado interno describe tres órbitas alrededor del piñón estacionario).
En cada una de las 3 cámaras que se forman entre el rotor y la carcasa se llevan a cabo un ciclo de 4T en una vuelta del rotor. es decir, 3 ciclos completos por revolución. Esto significa que el rotor recibe un impulso cada 120º (360º en el árbol motriz).
Estudio del ciclo de funcionamiento
1º Admisión
La admisión de la mezcla aire combustible comienza cuando el vértice descubre la lumbre de admisión. El desplazamiento del rotor aumenta progresivamente el volumen de la cámara, que va llenándose con los gases frescos, hasta que vértice cierra la lumbrera.
2º compresión
La mezcla admitida queda encerrada en la cámara del lado, que ahora disminuye su volumen dando lugar a la compresión de los gases. Antes de llegar a la máxima compresión, con un cierto avance, se produce el encendido mediante el salto de chispa en las bujias, por los que se inicia la combustión.
3º Expansión
El rápido aumento de presión, que produce la combustión, impulsa el giro del rotor mientras se realiza la expansión de los gases, la cual se prolonga hasta que el vértice abre la lumbrera de escape.
4º Escape
Una vez descubierta la lumbrera de escape, los gases quemados son expulsados a gran velocidad debido a la presión residual de la expansión. El giro del rotor va disminuyendo el volumen de la cámara hasta completar el proceso, una vez que el vértice rebasa la lumbrera de escape
3.1 Volumen de las cámaras
El volumen máximo de las cámaras o volumen unitario, se calcula en función de la excentricidad, o de distancia entre el centro del árbol motriz y el centro del rotor. El radio o distancia entre el centro del rotor y el vértice, y el ancho de la cámara.
3.2 Par motor
El rotor esta apoyado en la excéntrica del árbol motriz. La presión de la combustión es ejercida sobre el flanco del rotor y aplicada directamente sobre la excéntrica. La fuerza de la presión se descompone en dos direcciones, una hacia el centro del árbol motriz, y otra en la dirección del giro del rotor, que supone la fuerza con que es impulsado el rotor. El par motor se determina mediante la siguiente formula.
M = Ft · e
3.3 Diagrama de distribución
El diagrama de distribución representa los ángulos correspondientes a cada uno de los tiempos del ciclo. Los puntos de comienzo y final de la admisión y el escape quedan determinados por la situación de las lumbreras y están marcados por uno de los vértices del rotor cuando gira una vuelta completa.
Ventajas e inconvenientes de los motores rotativos
La ventaja principal de los motores rotativos es que la rotación se genera directamente en el pistón, por lo que se obtiene un par muy uniforme y un funcionamiento sin apenas vibraciones, que puede alcanzar un elevado numero de revoluciones.
Utiliza muy pocas piezas en movimiento, ya que no necesita cigüeñal, bielas, pistones, válvulas ni árbol de levas, por lo que resulta de gran simpleza mecánica y peso reducido, ademas se consigue una alta potencia especifica.
Unos de los inconvenientes es un alto consumo de combustible a cargas parciales, otro problema reside en las dificultades que presenta los segmentos para conseguir una buena estanqueidad en las cámaras y una larga duración.
Preguntas
1. ¿Cuales son los elementos móviles del motor rotativo?
rotor y árbol motriz
2. ¿A través de qué elemento se extrae el giro del rotor?
Apoyado en sus extremos sobre cojinetes en las piezas laterales. Fijado a él se sitúan las excéntricas que encajan en los orificios de los rotores. La transmisión de fuerzas entre el rotor y el árbol motriz se realiza a través de la excéntrica, sobre el que empuja el rotor al girar, de esta forma el árbol de excéntricas actúa de la misma manera que el cigüeñal en el motor de pistón alternativo.
3.¿Que relación de transmisión existe entre el rotor y el árbol motriz?
Cuando el rotor avanza 120º, el árbol motriz o eje de salida a girado 360º ,cuando el motor alcanza un régimen de 3.000 rpm, el rotor gira solamente a 1.000 rpm. Como consecuencia, el par motor es más uniforme y se dispone de mas tiempo para realizar el intercambio de gases.
4. ¿Que procesos se realizan en una cara del rotor durante una vuelta?
En cada una de las tres cámaras que se forman entre el rotor y la carcasa se llevan a cabo en un ciclo de tiempos en una vuelta de rotor, es decir, 3 ciclos completos por revolución. esto significa que el rotor recibe un impulso cada 120º (360º en el árbol motriz)
5. ¿Cuantos segmentos son necesarios para garantizar la estanqueidad de las cámaras?
3 segmentos en los vértices del motor y 6 segmentos de los laterales.
6. ¿Como se lubrican los segmentos?
La lubricación de los segmentos se realiza añadiendo aceite al combustible mediante un deposito que dosifica la cantidad en función de las revoluciones y de la carga del motor. Otro sistema consiste en inyectar desde el rotor una determinada cantidad de aceite sobre las paredes de la camisa.
7.¿Por qué motivo en algunos motores rotativos se colocan dos bujías de encendido?
Por que las cámaras presentan una gran superficie respecto a su volumen y el frente de llama tiene largos recorridos durante la inflamación.
8. Explica cómo se desarrollan los 4 tiempos del ciclo de funcionamiento.
1º Admisión
La admisión de la mezcla aire combustible comienza cuando el vértice descubre la lumbre de admisión. El desplazamiento del rotor aumenta progresivamente el volumen de la cámara, que va llenándose con los gases frescos, hasta que vértice cierra la lumbrera.
2º compresión
La mezcla admitida queda encerrada en la cámara del lado, que ahora disminuye su volumen dando lugar a la compresión de los gases. Antes de llegar a la máxima compresión, con un cierto avance, se produce el encendido mediante el salto de chispa en las bujias, por los que se inicia la combustión.
3º Expansión
El rápido aumento de presión, que produce la combustión, impulsa el giro del rotor mientras se realiza la expansión de los gases, la cual se prolonga hasta que el vértice abre la lumbrera de escape.
4º Escape
Una vez descubierta la lumbrera de escape, los gases quemados son expulsados a gran velocidad debido a la presión residual de la expansión. El giro del rotor va disminuyendo el volumen de la cámara hasta completar el proceso, una vez que el vértice rebasa la lumbrera de escape
En el motor alternativo se obtiene un movimiento rectilíneo cuyas fuerzas causan desgastes irregulares y desequilibrios que producen vibraciones, por el contrario el motor rotativo tiene claras ventajas, puesto que funciona con mayor suavidad, pudiéndose alcanzar un elevado numero de revoluciones.
Los procesos de admisión y escape se realizan mediante lumbreras que son controladas por el giro del rotor, se prescinde del sistema de distribución
2. Constitución
El motor rotativo tiene una construcción sencilla.
El bloque o carcasa, se fabrica en aleación ligera. En su interior se encuentra la camisa, que constituye la superficie de rozamiento con el rotor, Para mejorar la resistencia al desgaste se superpone una capa de cromomolibdeno con un recubrimiento de grafito qu eaporta cualidades autolubricantes. La forma interior de la camisa permite que el rotor pueda girar en su interior y mantener los tres vértices e contacto permanente con la camisa
Sobre la carcasa y en sentido radial, van ubicadas las lumbreras de admisión y escape, a trasvés de las cuales se realiza el intercambio de gases
Las bujías se sitúan en el lado opuesto a las lumbreras, en la periferia se practican las cámaras para el líquido refrigerante. El bloque queda cerrado por dos piezas laterales, atornilladas ala carcasa con una junta.
El rotor tiene forma de prisma triangular con 3 lados ligeramente convexos en cada uno de los lados se practica una cámara de combustión en forma de bañera alargada
En el centro del rotor hay un orificio con un dentado interno, que en uno de sus lados engrana con un piñón que permanece fijo en el lateral de la carcasa. Este engranaje sirve de apoyo al rotor para mantener su giro excentrico dentro de la camisa epitrocoide.
En el interior del orificio se sitúa el árbol motriz. Apoyado en sus extremos sobre cojinetes en las piezas laterales. Fijado a él se sitúan las excénticas que encajan en los orificios de los rotores.
La transmisión de fuerzas entre el rotor y el árbol motriz se realiza a través de la excéntrica, sobre el que empuja el rotor al girar, de esta forma el árbol de excéntricas actúa de la misma manera que el cigüeñal en el motor de pistón alternativo.
Generalmente se construyen motores de 2 o 3 rotores, con cilindradas de 600 a 700 cm3 por cada rotor.
La estanqueidad de las 3 cámaras durante del giro del rotor se consigue mediante los segmentos.
Los vértices del rotor van ranurados para alojar a los segmentos. En las esquinas se montan unos bulones que permiten un pequeño giro para adaptarse a las paredes de la camisa con el ángulo más adecuado.
También es necesario estanqueizar los laterales del rotor; para ello se instalan 3 regletas en cada uno de sus lados, alojadas en sus ranuras y provistas de muelles expansores que aseguran el contacto con las paredes laterales.
Las cámaras de combustión están formadas por un pequeño vaciado en el centro de cada lado del rotor. Estas cámaras presentan una gran superficie respecto a su volumen, y el frente de llama tiene largos recorridos durante la inflamación. Para lograr una combustión más completa se emplean 2 bujías separadas entre sí de 15º a 20º.
Los sistemas de refrigeración y engrase son similares a los que montan los motores de pistón alternativo aunque con algunas particularidades.
La lubricación de los segmentos se realiza añadiendo aceite al combustibles mediante un dispositivo que dosifica la cantidad en función de las revoluciones y de la carga del motor. Otro sistema consiste en inyectar desde el rotor una determinada cantidad de aceite sobre las paredes de la camisa.
3. Funcionamiento del motor rotativo
El rotor de forma triangular gira sobre una excéntrica situada en el árbol motriz o eje de salida de par. Durante su rotación, los 3 vértices del rotor están en permanente contacto con la superficie interna de la camisa en forma de curva epitrocoidal.
El dentado interno del rotor engrana con un piñón estacionario que describe órbitas alrededor de el. El giro del rotor es transmitido al árbol motriz a través de la excentrica, de manera que por cada revolución del rotor el árbol motriz gira tres vueltas (el dentado interno describe tres órbitas alrededor del piñón estacionario).
En cada una de las 3 cámaras que se forman entre el rotor y la carcasa se llevan a cabo un ciclo de 4T en una vuelta del rotor. es decir, 3 ciclos completos por revolución. Esto significa que el rotor recibe un impulso cada 120º (360º en el árbol motriz).
Estudio del ciclo de funcionamiento
1º Admisión
La admisión de la mezcla aire combustible comienza cuando el vértice descubre la lumbre de admisión. El desplazamiento del rotor aumenta progresivamente el volumen de la cámara, que va llenándose con los gases frescos, hasta que vértice cierra la lumbrera.
2º compresión
La mezcla admitida queda encerrada en la cámara del lado, que ahora disminuye su volumen dando lugar a la compresión de los gases. Antes de llegar a la máxima compresión, con un cierto avance, se produce el encendido mediante el salto de chispa en las bujias, por los que se inicia la combustión.
3º Expansión
El rápido aumento de presión, que produce la combustión, impulsa el giro del rotor mientras se realiza la expansión de los gases, la cual se prolonga hasta que el vértice abre la lumbrera de escape.
4º Escape
Una vez descubierta la lumbrera de escape, los gases quemados son expulsados a gran velocidad debido a la presión residual de la expansión. El giro del rotor va disminuyendo el volumen de la cámara hasta completar el proceso, una vez que el vértice rebasa la lumbrera de escape
3.1 Volumen de las cámaras
El volumen máximo de las cámaras o volumen unitario, se calcula en función de la excentricidad, o de distancia entre el centro del árbol motriz y el centro del rotor. El radio o distancia entre el centro del rotor y el vértice, y el ancho de la cámara.
3.2 Par motor
El rotor esta apoyado en la excéntrica del árbol motriz. La presión de la combustión es ejercida sobre el flanco del rotor y aplicada directamente sobre la excéntrica. La fuerza de la presión se descompone en dos direcciones, una hacia el centro del árbol motriz, y otra en la dirección del giro del rotor, que supone la fuerza con que es impulsado el rotor. El par motor se determina mediante la siguiente formula.
M = Ft · e
3.3 Diagrama de distribución
El diagrama de distribución representa los ángulos correspondientes a cada uno de los tiempos del ciclo. Los puntos de comienzo y final de la admisión y el escape quedan determinados por la situación de las lumbreras y están marcados por uno de los vértices del rotor cuando gira una vuelta completa.
Ventajas e inconvenientes de los motores rotativos
La ventaja principal de los motores rotativos es que la rotación se genera directamente en el pistón, por lo que se obtiene un par muy uniforme y un funcionamiento sin apenas vibraciones, que puede alcanzar un elevado numero de revoluciones.
Utiliza muy pocas piezas en movimiento, ya que no necesita cigüeñal, bielas, pistones, válvulas ni árbol de levas, por lo que resulta de gran simpleza mecánica y peso reducido, ademas se consigue una alta potencia especifica.
Unos de los inconvenientes es un alto consumo de combustible a cargas parciales, otro problema reside en las dificultades que presenta los segmentos para conseguir una buena estanqueidad en las cámaras y una larga duración.
Preguntas
1. ¿Cuales son los elementos móviles del motor rotativo?
rotor y árbol motriz
2. ¿A través de qué elemento se extrae el giro del rotor?
Apoyado en sus extremos sobre cojinetes en las piezas laterales. Fijado a él se sitúan las excéntricas que encajan en los orificios de los rotores. La transmisión de fuerzas entre el rotor y el árbol motriz se realiza a través de la excéntrica, sobre el que empuja el rotor al girar, de esta forma el árbol de excéntricas actúa de la misma manera que el cigüeñal en el motor de pistón alternativo.
3.¿Que relación de transmisión existe entre el rotor y el árbol motriz?
Cuando el rotor avanza 120º, el árbol motriz o eje de salida a girado 360º ,cuando el motor alcanza un régimen de 3.000 rpm, el rotor gira solamente a 1.000 rpm. Como consecuencia, el par motor es más uniforme y se dispone de mas tiempo para realizar el intercambio de gases.
4. ¿Que procesos se realizan en una cara del rotor durante una vuelta?
En cada una de las tres cámaras que se forman entre el rotor y la carcasa se llevan a cabo en un ciclo de tiempos en una vuelta de rotor, es decir, 3 ciclos completos por revolución. esto significa que el rotor recibe un impulso cada 120º (360º en el árbol motriz)
5. ¿Cuantos segmentos son necesarios para garantizar la estanqueidad de las cámaras?
3 segmentos en los vértices del motor y 6 segmentos de los laterales.
6. ¿Como se lubrican los segmentos?
La lubricación de los segmentos se realiza añadiendo aceite al combustible mediante un deposito que dosifica la cantidad en función de las revoluciones y de la carga del motor. Otro sistema consiste en inyectar desde el rotor una determinada cantidad de aceite sobre las paredes de la camisa.
7.¿Por qué motivo en algunos motores rotativos se colocan dos bujías de encendido?
Por que las cámaras presentan una gran superficie respecto a su volumen y el frente de llama tiene largos recorridos durante la inflamación.
8. Explica cómo se desarrollan los 4 tiempos del ciclo de funcionamiento.
1º Admisión
La admisión de la mezcla aire combustible comienza cuando el vértice descubre la lumbre de admisión. El desplazamiento del rotor aumenta progresivamente el volumen de la cámara, que va llenándose con los gases frescos, hasta que vértice cierra la lumbrera.
2º compresión
La mezcla admitida queda encerrada en la cámara del lado, que ahora disminuye su volumen dando lugar a la compresión de los gases. Antes de llegar a la máxima compresión, con un cierto avance, se produce el encendido mediante el salto de chispa en las bujias, por los que se inicia la combustión.
3º Expansión
El rápido aumento de presión, que produce la combustión, impulsa el giro del rotor mientras se realiza la expansión de los gases, la cual se prolonga hasta que el vértice abre la lumbrera de escape.
4º Escape
Una vez descubierta la lumbrera de escape, los gases quemados son expulsados a gran velocidad debido a la presión residual de la expansión. El giro del rotor va disminuyendo el volumen de la cámara hasta completar el proceso, una vez que el vértice rebasa la lumbrera de escape
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