Il motore WANKEL a pistoni rotanti

L’ANGOLO DELLA TECNICA
di Gigi Barp
Il motore WANKEL
a pistoni rotanti
Niente paura, non siamo di fronte ad un articolo che tratta di eroi dei cartoons giapponesi, ma
bensì ad un particolare propulsore inventato da
un geniale tecnico tedesco ( non il solito ingegnere…..) che, solo per un problema, non banale, di
limite delle caratteristiche dei materiali, ad oggi
conosciuti, non ha soppiantato il classico motore
a scoppio ciclo 8!!
Il motore Wankel è un motore a combustione interna a 4 tempi, fu presentato da Felix Wankel
nel 1957.
La prima vettura azionata da un motore Wankel
fu, nel 1963, la NSU Spider.
Le prime vetture che adottarono di serie questo
tipo di motore furono le NSU, tra cui la Ro 80.
Il motore viene anche definito di tipo rotativo perché il pistone, in questo caso rotore, non si muove
di moto alternativo, ma ruota intorno a un asse.
Cerchiamo di capirne il funzionamento (semplice
ma non banale)!
Aspirazione
Appena lo spigolo del rotore oltrepassa la luce
di aspirazione, lo spazio compreso tra il lato del
rotore e la parete dello statore inizia a crescere.
Si crea così una depressione che richiama la miscela aria - benzina all’interno del motore.
La miscela viene così aspirata attraverso la luce
di aspirazione.
Raggiunta la pressione di compressione ottimale
(non lo è, però, la forma della camera di combustione), si provvede all’accensione.
Combustione
Quando due elementi di tenuta del rotore si trovano “a cavallo” delle candele, scocca la scintilla e
ha così inizio la fase di combustione-espansione.
esame scopre la luce
di scarico, i gas vengono espulsi all’esterno. Questo ciclo di funzionamento si attua in sequenza in
ciascuna camera.
Quindi, riassumendo:
• Non sono presenti valvole di aspirazione e di
scarico, ci troviamo di fronte ad un sistema similare allo schema classico di un due tempi.
Però questo motore, ricordo, è a quattro tempi
• Il rotore gira grazie all’accoppiamento della
ruota dentata centrale, che è ferma, e del foro
dentato praticato sul pistone.
• Il rotore è, a grandi linee, a sezione triangolare
e viene inserito nel cilindro.
Per una combustione più soddisfacente tutti i
moderni motori rotativi sono dotati di due candele
di accensione anziché di una.
Scarico
Compressione
Continuando nella sua corsa, il rotore chiude la
luce di aspirazione; inoltre descrive una traiettoria tale per cui il volume a disposizione della
miscela aria-benzina si riduce sempre di più,
comprimendo la miscela.
Sotto la spinta dovuta all’espansione dei gas, il
rotore è forzato a proseguire la rotazione; quando l’elemento di tenuta anteriore della camera in
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Tale accoppiamento genera 3 camere di combustione che definiremo
“vasi”.
• In funzionamento accade
che, nelle 3 camere di
combustione si
compiono
energetico.
Il motore Wankel infatti, non ha bielle, non ha alberi a camme, né valvole ed ha circa il 40% di
componenti in meno, e soprattutto non ha parti
in moto alternato.
Anche per tali caratteristiche il motore Wankel è
in grado di girare a regimi impensabili per altri
propulsori.
Queste caratteristiche producono un rendimento
elevato, che significa elevate potenze specifiche.
Si pensi solamente che la Mazda RX-8 monta
un motore 1300cc che sviluppa una potenza di
232 CV.
Ma….. ai molti pregiati vantaggi sono contrapposti altrettanti problemi. Ancor oggi, come dicevo, di difficile risoluzione.
contemporaneamente 3 cicli Otto(ciclo quattro tempi), sfasati
tra loro di 120°.
• Avendo il rotore tre lati uguali, il processo avviene in modo sequenziale 3 volte a ogni giro del
rotore stesso (corrispondente a 2 giri dell’albero
motore), con un notevole vantaggio ai fini della
potenza erogata e della regolarità di funzionamento.
Il motore Wankel risulterebbe quindi una soluzione tecnica geniale, eccellente e pronta a
soppiantare il normale accoppiamento cilindro
pistone perché:
• a differenza di un motore a pistoni, in cui la fase
utile e solo quella di scoppio, mentre per tutto il
resto della corsa il pistone consuma energia, perchè trascinato dall’inerzia o dal lavoro degli altri
pistoni, per ogni giro del rotore le fasi utili sono
ben tre, una per ogni lato dello stesso.
• l’ assenza dei manovellismi presenti sui motori
a pistoni riduce in maniera importante dispendio
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I principali problemi riscontrati nell’utilizzo di
vetture fornite di tale motore sono tre:
• la durata delle guarnizioni di tenuta poste alla
base ed a chiusura del rotore che lavora in condizioni di pressione elevata;
• l’escursione termica tra il lato aspirazione/
scarico e quello combustione cui è sottoposto
il cilindro
• la tenuta dei segmenti, posti ai vertici del
rotore(cioè gli spigoli del rotore che fungono da
pseudo fasce).
• Elevato consumo di carburante, in generale
maggiore rispetto al motore alternativo e tasso di
idrocarburi incombusti molto elevato;
Attualmente, grazie allo sviluppo della tecnologia
dei materiali, la durata di vita di questi propulsori è notevolmente aumentata, consentendo una
maggiore produzione su larga scala ma, ripeto, i
problemi sono tutt’altro che risolti.
Nonostante ciò, la casa automobilistica Mazda
da oltre trent’anni porta avanti lo studio e lo sviluppo di motori rotativi ad alte prestazioni, e attualmente monta sulla vettura RX 8 un birotore
denominato “Renesis” (fusione delle iniziali di
Rotary Engine e della parola Genesis) con cilindrata complessiva di 1.308 cm³( potenza di 231
CV (170 kW) a 8.500 giri/min ed una coppia massima di 211 N·m a 5.500 giri/min).
Le applicazioni automobilistiche, degne di nota,
del rotativo Wankel sono state:
• Dal 1967 al 1977 la casa tedesca NSU produsse circa 37500 Ro80, vetture dotate di motore
Wankel
• Nel 1991, la Mazda vinse la 24 ore di Le Mans
con la 787B equipaggiata un propulsore quadrirotore da 700 CV. ( Alla fine della stagione la FIA
vietò l’utilizzo di questo tipo di motore per queste
competizioni.)
• L’unica auto di serie che adotti ancora questo
tipo di motore è la Mazda RX-8.
Anche la casa motociclistica Norton ha adottato
dal 1984 al 2008 per taluni modelli tale motorizzazione di cilindrata pari a 588cc.
Importante invece lo sviluppo di tali propulsori in
campo aeronautico, per velivoli medio piccoli o
da acrobazia ove il peso e la semplicità di costruzione e la frequenza delle revisioni imposte per
le strutture permettono di manutenere adeguatamente tale tipo di propulsore caratterizzato da
una elevata potenza specifica.
Certamente in futuro riusciremo ad individuare
materiali idonei per ovviare alla attuali carenze
affidabilistiche di tale propulsore, chissà però, se
saremo però fasati con la disponibilità di carburante…
Un saluto e alla prossima
Gigi