¿Cuál es el delta de eficiencia entre los motores rotativos y modernos de cuatro tiempos?

Antecedentes

Existe mucha opinión sobre la eficiencia delta entre los motores rotativos Wankel y los motores de cuatro tiempos de varias configuraciones (inducción forzada, etc.).

Este delta, sea lo que sea, parece ser un debate sobre cuánto. Cuánto desperdicio, cuánta eficiencia, cuánta potencia.

¿Cuáles son las deficiencias reales de un motor rotativo?

¿Cuál es el delta de eficiencia entre un motor rotativo y un motor moderno de cuatro tiempos?

¿Cuál es la causa raíz de la configuración de un motor rotativo que lo hace tan derrochador?

NOTA: Los motores Wankel siguen siendo motores de ciclo Otto (re: admisión, compresión, encendido, escape), solo realizan los golpes de manera diferente que un motor alternativo controlado por válvula.

• Relación de compresión más baja : se sabe que una relación de compresión más alta proporciona más potencia sin ninguna otra modificación. Se dice que esta diferencia en la relación de compresión es aproximadamente un aumento del 3% en la producción por 1 punto de compresión. Este libro de texto (página 14 de 21 [o página 274 del texto]) muestra que la relación de compresión es 6.98: 1. Por lo general, se renuncia a entre 3-4 puntos de compresión de lo que puede proporcionar un motor de pistón común, con muy pocos recursos para aumentar ese número. ( NOTA: Si bien estas cifras muestran la relación de compresión más baja, Mazda ha mostrado que los números son tan altos como 10: 1).

• Forma de la cámara de combustión : en la siguiente imagen, puede ver el ciclo básico de Otto en el motor Wankel. Debido a la forma inherente, cuando se enciende el aire / combustible (entre los ciclos # 3 y # 4), el frente de la llama persigue el borde delantero del rotor alrededor de la cámara de combustión, pero nunca lo alcanza por completo. Esto permite que parte de la mezcla de aire y combustible se escape del puerto de escape a medida que se descubre ese puerto. Es por eso que a veces se pueden ver llamas provenientes del escape de un vehículo con motor rotativo.

  

• Sellado del rotor : en el rotor en sí, hay tres sellos principales que mantienen todo bajo control: sellos de ápice, sellos de cara y sellos laterales. (A continuación se muestra una imagen que muestra sus ubicaciones.) Mantener todos los gases en sus ubicaciones respectivas es una tarea difícil para los sellos y los sellos generalmente perderán algo de esa integridad. Una de las razones de esto es porque los sellos tienen que mantenerse calientes y fríos sin mezclar al mismo tiempo.

  

• Inyección de aceite del motor : para ayudar a mantener un buen sellado, el aceite del motor se inyecta directamente durante el ciclo de admisión y en el tracto de admisión. Esto proporciona un sellado adecuado y un menor desgaste, pero introduce ineficiencias en la combustión de la mezcla de aire / combustible, así como también crea más contaminantes en el escape.

• Potencia de salida : la tabla a continuación es una comparación entre tres vehículos diferentes con su peso / potencia / desplazamiento. En cuanto a los números, se hace evidente que al comparar el peso del vehículo, la potencia de salida y los números de millaje, el motor rotativo se queda corto. Al igual que los otros motores, puede turboalimentar el motor rotativo (el MB GLA45 viene con turbo de fábrica). Esto aumentará la producción, pero no aumentará la eficiencia proporcionalmente debido a cómo se produce el flujo de escape y a no poder controlar los eventos de admisión / escape como puede hacerlo con el motor de pistón. Expulsarás hidrocarburos no quemados de los puertos de escape, lo cual es ineficiente. No estoy diciendo que ninguno de los vehículos con motor de pistón no expulse hidrocarburos por el escape, Digo, por la cantidad de combustible de aire que viertes en el motor, el motor rotativo descarga mucho más en proporción que los motores de pistón.

    Tamaño del vehículo Potencia Torsión Peso Ciudad HWY
    2011 RX-8 1.3L 232hp @ 8500 159lb-ft @ 5500 3064lbs 16mpg 22mgp   
    2015 GLA45 2.0L 355hp @ 6000 332lb-ft @ 2250 3457lbs 23mpg 29mpg
    2105 Stingray 6.2L 455hp @ 6000 460lb-ft @ 4600 3300lbs 17mpg 29mpg 

No pude evitar notar que la superficie de "pistón" rotativo mucho más grande / por cantidad de combustible, se estaba pasando por alto en estas consideraciones de otras respuestas. Podría ser un factor compensatorio en la eficiencia hasta cierto punto. Se supone que los motores rotativos usan hidrógeno y probablemente gases de hidrocarburos como el metano, más efectivamente que una configuración de pistón porque la mayor área de superficie puede extraer más energía motriz del combustible. Esto parece haber sido una consideración para los motores Mazda RENISIS que usan hidrógeno suplementario, y Mazda afirma que el rotativo Wankel tiene mejores características térmicas que un motor de pistón que permite una combustión más eficiente. http://www.mazda.com/en/innovation/technology/env/hre/ En teoría, el cambio entre válvulas de escape espaciadas de manera diferente alrededor del radio de los motores podría aliviar algunos de los problemas descritos porque la parte de escape del ciclo de Otto podría cambiarse junto con el tiempo de combustión.