Escrito por:
El equipo técnico de RENESIS ESSENTIAL PARTS.com
Agosto, 2017.
LA LUBRICACIÓN DEL MOTOR ROTATIVO RENESIS, DEL MAZDA RX-8
Nuestro equipo técnico, ha decidido escribir este artículo, explicando lo mas llanamente posible, la composición y funcionamiento del sistema de lubricación del motor rotativo RENESIS del MAZDA RX-8.
Vamos a tratar de ilustrar y despejar las dudas técnicas mas habituales, que tantas y tantas consultas generan, aunque el objetivo principal es poder mostraros la punta de este complejo iceberg técnico, de innumerables variables y parámetros que es el motor RENESIS, aportando datos e información obtenidos de nuestra propia experiencia, de estudios a nivel teórico, y de ensayos publicados por prestigiosos ingenieros y profesionales dedicados al mundo del motor rotativo en colaboración con MAZDA.
Esperamos que, con esta información los lectores entiendan mejor el funcionamiento del RENESIS, y puedan con ello tomar decisiones acertadas sobre su uso, mantenimiento y si así lo deciden modificaciones.
Antes de continuar, queremos mostrar nuestro agradecimiento a todos los profesionales que han colaborado con nosotros, compartiendo sus conocimientos y experiencia, ayudándonos a redactar y contrastar los datos recopilados en este artículo.
Damos por sentado que el lector tiene un mínimo conocimiento de la composición y funcionamiento del motor rotativo, así que nos vamos a saltar las explicaciones mas básicas sobre el RENESIS para entrar directamente al tema de este artículo.
1. SUB-SISTEMAS DE LUBRICACIÓN Y ZONAS A LUBRICAR.
Es bien sabido que los motores rotativos tienen dos zonas diferenciadas de lubricación.
La primera de estas zonas, la llamaremos “zona cámara de combustión”, compuesta por las superficies deslizantes existentes entre el housing, los sellos, y rotores.
Superficies deslizantes límites de la cámara de combustión.
La segunda zona de lubricación, la llamaremos “zona general motor”, está formada por todo lo externo o ajeno a la cámara de combustión, conteniendo los casquillos, eje de excéntricas, engranajes estacionarios y rotores.
Es decir, el diseño del sistema de lubricación de los motores rotativos, incluido el RENESIS, se componen de dos sub-sistemas dependientes uno del otro:
- Circuito de lubricación “zona cámaras de combustión”, encargado de lubricar housings y sellos, y del sellado las cámaras de combustión.
- Circuito de lubricación “zona general motor”, encargado de lubricar y refrigerar las diferentes partes móviles del motor, tratar el aceite filtrándolo y refrigerándolo mediante radiadores. En concepto, es bastante parecido a los sistemas de lubricación de otros motores mas convencionales.
Diagrama del sistema de lubricación completo. (Clicka sobre los números para obtener descripción)
A primera vista, puede parecer que estos dos sub-sistemas son independientes el uno del otro, pero si lo analizamos en profundidad, vemos que la bomba principal trabaja en tándem con la OMP del sistema de lubricación de cámara de combustión y ésta, la bomba principal, es la encargada de aportar la presión necesaria para que trabajen correctamente los dos sistemas.
La OMP, tiene el cometido de dosificar el volumen de aceite inyectado, actuando como una válvula que cierra o abre el paso de aceite, en función de las revoluciones del motor y la presión de aceite disponible en el sistema. Mas adelante hablaremos detalladamente de la función de la OMP.
2. CIRCUITO DE LUBRICACIÓN GENERAL MOTOR.
Diagrama del sistema de lubricación general motor resaltado. (Clicka sobre los números para obtener descripción)
La bomba de aceite principal ( 6 ) toma aceite del cárter ( 4 ) y lo impulsa a los radiadores de aceite ( 7 ), en función de su temperatura, de ahí se envía al filtro de aceite ( 2 ), desde donde, de nuevo en función de su temperatura, se dirige por una canalización en el interior del eje de excéntricas, a los cojinetes principales del eje de excéntricas y a los cojinetes de los rotores.
Pasados los cojinetes, se pulveriza al interior de cada uno de los rotores para enfriarlos, y de ahí vuelve al cárter pasando por los oil rings, cargándolos de aceite, engranajes del rotor, engranajes estacionarios y como decíamos, al cárter cerrando el circuito.
Canalización de aceite eje de excéntricas. (Clicka sobre los números para obtener descripción)
Parte de este aceite proveniente del cárter, consigue rebasar los oil rings y side seals llegando a la cámara de combustión, mezclándose con el combustible, el aceite de premezcla en caso de usarse, y el aceite inyectado por el sistema de lubricación cámaras de combustión.
En la imagen, vemos como el aceite rebasa los oil rings, sello rascador y side seal, hasta la cámara de combustión.
El usuario del motor RENESIS del MAZDA RX-8 debe tener esto último muy en cuenta, dado que el uso de diferentes tipos de aceites, de eficacia no contrastada, en cada uno de los sub-sistemas de lubricación, puede provocar resultados imprevisibles al mezclarse estos en la cámara de combustión y/o en los diferentes recovecos del motor. Creando depósitos de carbonilla, barnices, y residuos de composición desconocida, al reaccionar esta mezcla de aceites y combustibles bajo las condiciones extremas de temperatura y presión de los motores rotativos.
3. SELLADO DE LOS ROTORES Y CÁMARA DE COMBUSTIÓN.
Antes de seguir explicando el sistema de lubricación, creemos conveniente explicar resumidamente el sistema de sellado de los rotores, que delimita los márgenes de cámara de combustión, y que podemos decir que es de suma importancia, a la par que frágil. Determinante para el óptimo funcionamiento del motor, afectando a rendimiento y durabilidad.
Diagrama del conjunto de sellos de un rotor. (Clicka sobre los números para obtener descripción)
El sistema de sellado de las cámaras de combustión de un rotor tiene la misma finalidad que los segmentos de un cilindro de un motor convencional. Este sellado mantiene la hermeticidad de las tres cámaras de combustión de cada rotor.
Principalmente hay tres tipos de sellos en un rotor dedicados a cerrar la cámara de combustión: Apex seals, Corner seals, y Side seals. Todos ellos son flotantes sobre muelles, para favorecer el contacto contra sus respectivas superficies deslizantes en todo momento (housings y plates.)
Además de los sellos, cada rotor monta una pareja de Oil seals, equivalente al segmento engrasador de los motores de cilindros convencionales.
Diagrama funcionamiento Oil seals. (Clicka sobre los números para obtener descripción)
Si se estudia la trayectoria que los Oils seals describen durante la rotación del rotor, se puede ver como éstos describen un movimiento giratorio a la vez que de vaivén, pasando por encima de las mismas áreas que los Side seals y Corner seals.
Este solapamiento permite a los oils seals desempeñar dos funciones. La primera es la de eliminar carbonilla trabajando como rascadores (2) y la segunda función, la principal, es obviamente la de lubricar los Side seals y Corner seals (3) gracias a su función de engrasadores.
Considerar que el sistema de sellado trabaja con una eficacia del 100% es un grave error que puede dar pie a malas interpretaciones sobre la dinámica de funcionamiento del motor.
4. CIRCUITO DE LUBRICACIÓN CÁMARAS DE COMBUSTIÓN.
Diagrama del sistema de lubricación cámaras de combustión. (Clicka sobre los números para obtener descripción)
Este circuito equipa una segunda bomba dosificadora de aceite electrónica, denominada bomba de metrado o por sus siglas en inglés Oil Metering Pump (OMP).
Desde sus inicios, este sistema ha ido evolucionando con el propósito principal de reducir el consumo de aceite, sin sobrepasar el umbral de lubricación mínima para un óptimo funcionamiento y fiabilidad del motor. Prueba de ello es que el sistema con bomba de metrado electrónica del RENESIS, comparado con su antecesora mecánica (RX-7 FD), consume un 50% menos de aceite.
Este fenómeno tiene ventajas desde el punto de vista de emisiones ambientales, y práctico ya que el nivel de aceite del cárter no baja con tanta rapidez.
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Como ocurre con el aceite del Circuito de lubricación general motor, parte de este es capaz de sobrepasar las barreras del sistema de sellado del rotor, sobre todo debido a la presión de los gases y movimiento del rotor, y transferirse al circuito de lubricación general motor.
Otro factor a tener en cuenta es el tiempo que el aceite tarda en contactar con las superficies de la cámara de combustión y su temperatura de inflamación. Un aceite no adecuado, como puede ser un aceite con un punto de inflamación demasiado bajo, podría no llegar a contactar nunca con las superficies a lubricar, inflamándose antes incluso de la combustión generando falsas explosiones o “picado de motor”.
Del mismo modo, un aceite con un punto de inflamación demasiado alto, teniendo en cuenta que la temperatura media de la cámara de combustión del motor RENESIS, está entre los 240ºC – 280ºC, provocaría un efecto similar al fenómeno antes descrito. El aceite se acumularía en el frente del apex provocando por efecto hidrodinámico que el ápex flote, separándolo del housing, sobretodo a altas revoluciones, provocando pérdida de rendimiento en el motor y dañando la superficie del housing.
Recordar que unos de los objetivos de la inyección directa de aceite a la cámara de combustión es conseguir una película fina y permanente de aceite, que se obtiene a medida que el motor va llegando a su temperatura de servicio. Esta película es imposible de obtener de forma uniforme, si hay demasiado aceite, el aceite es demasiado fluido o inflamable. Por ello es de extrema importancia usar un aceite específicamente diseñado para motores rotativos.
5. CONCLUSIONES
Queda claro con los datos mostrados en este artículo, la relación entre los dos sistemas de lubricación del motor RENESIS. Éstos interactúan en puntos tan claves como son la cámara de combustión, debido al fallo o ineficacia del sistema de sellado, que permite el paso de fluidos en ambos sentidos. De ellos también se puede concluir que es de gran importancia respetar el intervalo de km entre cambios de aceite, ya que este se degrada rápidamente al mezclarse con el combustible y el aceite de premezclado si lo hubiere.
Afortunadamente existen en el mercado aceites formulados específicamente para usar en los motores RENESIS, con un balance muy bueno entre sus propiedades lubricantes, punto de inflamación, y residuo (carbonilla).
También queremos destacar la validez de estos sistemas de lubricación que, para un uso de calle y/o deportivo, son perfectos, y muy difícil de mejorar dada su complejidad y evolución respecto a sus antecesores, aún menos con elementos o piezas de poca calidad, fiabilidad y dudosa utilidad.
Dada la enorme importancia del sistema de lubricación, y las consecuencias dramáticas que puede tener su mal funcionamiento, RENESIS ESSENTIAL PARTS, no puede recomendar ningún tipo de modificación sobre el sistema de lubricación más aún, sin tener garantías tangibles de sus resultados. Una idea teórica, no puede ser suficiente argumento para nosotros (por buena que parezca) como para poner en riesgo el correcto funcionamiento y longevidad de un motor.
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El equipo técnico de RENESIS ESSENTIAL PARTS.com
REFERENCIAS
- Mazda Motor of America, Inc. (2003), “RENESIS ROTARY ENGINE FUNDAMENTALS”
- Yabe, T., Arai, T., Aoyama, S., Oshima, M., Idemitsu Kosan Co, Ltd. (1992), “THE DEVELOPMENT OF LUBRICANTING OILS FOR ROTARY RACING ENGINES”, SAE 922375.
- Ohkubo, M., Tashima, S., Shimizu, R., Fuse, H.Ebino, S., Mazda Motor Corporation (2004), “DEVELOPED TECHNOLOGIES OF THE NEW ROTARY ENGINE (RENESIS)”, SAE 2004-01-1790.
- Picard, M., Hidaka, H., Tian, T., Nishino, T. et al., «VISUALIZATION OF THE ROTARY ENGINE OIL TRANSPORT MECHANISMS», (2014), SAE 2014-01-1665.
- Matsuura, K., Terasaki, K., (1992), “MEASUREMENT OF THE RELATIVE BEHAIVOR OF A RE APEX SEAL TO THE SIDE OF A SLOT USING MAGNETIC INDUCTION”, JSME International Journal 35-448, JSME International Journal 35-264.
- Matsuura, K., Terasaki, K., (1986), “RETARDED PRESURE BUILDUP BEHIND A ROTARY ENGINE APEX SEAL”, JSME International Journal 29-2585.