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Tecnica
La storia della tecnica è in fondo un
susseguirsi di grandi idee che dopo la
loro apparizione sono state sviluppate portandole progressivamente a un
elevato livello di raffinatezza esecutiva e di funzionalità. Questo, fino a
che qualcuno non inventa qualcosa di
meglio, e la storia si ripete. Il motore
a combustione interna non fa eccezione. Solo che, dopo l’apparizione,
sul finire dell’Ottocento, di quelli a
ciclo Otto e a ciclo Diesel, non si è
trovato nulla di meglio. Via via sono
stati proposti motori che avevano un
ciclo di funzionamento diverso, come
quelli a turbina, ma in campo automotive non c’è stato niente da fare
e i buoni vecchi pistoni che scorrono
all’interno dei cilindri e il relativo albero a gomiti, nonché le bielle, continuano a dominare la scena. E i cicli
sono rimasti quelli che erano. Certo,
i motori odierni sono dispositivi di
straordinaria raffinatezza sotto tutti
i punti di vista, ma se si pensa che
APPROFONDIMENTO
a cura di Vittorio Fabbri
Movimenti
alternativi?
I classici motori a combustione interna sono ormai con noi da lunghissimo
tempo e dal punto di vista concettuale non sembrano proprio dei capolavori
di modernità, con le loro manovelle e i loro pistoni che vanno su e giù dentro i cilindri. Eppure…
in fin dei conti al loro interno ci sono
delle manovelle (costituite dai “gomiti” dell’albero) e delle bielle che si
muovono come quelle delle macchine alternative a vapore di tantissimi
anni fa, non si può non rimanere un
tantino sconcertati. Le stesse valvole
a fungo sono state definite (tutt’altro
che a torto) delle mostruosità meccaniche ma al tempo stesso delle
meraviglie tecnologiche. Insomma, lo
sviluppo che è stato fatto è eccezionale, ma dal punto di vista concettuale è oltre un secolo che non si vedono
novità, a livello meccanico. Il disegno
e il dimensionamento, tanto d’assieme quanto dei vari componenti, sono
progrediti senza soste, raggiungendo
un livello evolutivo straordinario, la
metallurgia ha fatto enormi passi in
avanti, come pure i sistemi di controllo della formazione della miscela
combustibile e via dicendo. Eppure,
la cinematica del manovellismo è
immutata, come pure la funzione dei
Il motore rotativo Renesis 16X di Mazda.
La casa nipponica è rimasta l’unica a livello mondiale a puntare ancora sul motore Wankel
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diversi organi. E i motori delle nostre
auto, degli autocarri e delle moto
continuano a ad essere a ciclo Otto e
a ciclo Diesel.
Nel corso degli anni, per quanto ri-
guarda la struttura del motore, sono
stati proposti alcuni schemi alternativi (come ad esempio quello a pistoni
assiali), nessuno dei quali però è riuscito neanche minimamente a scal-
O F F I C I N A
Sezione longitudinale di un motore BMW
a ciclo Otto a sei cilindri
fire quello “classico”. L’unica vera
sfida è arrivata dal motore a pistone
rotante Wankel, dalla struttura realmente innovativa, ma sempre a ciclo
Otto. Si trattava quindi di un motore
nuovo sotto l’aspetto meccanico, ma
tradizionale per quanto riguardava
il ciclo di funzionamento. Apparso sul finire degli anni Cinquanta e
sviluppato presso la tedesca NSU,
il Wankel aveva sollevato grandi
entusiasmi presso i tecnici di molte
Case e anche il grande pubblico non
era rimasto insensibile nei suoi confronti. In seguito però le speranze di
poterlo impiegare al posto del motore a pistoni di schema convenzionale
sono andate svanendo per una serie
di motivi di importanza tutt’altro che
trascurabile. Diversi costruttori hanno a suo tempo imboccato la strada
del Wankel, acquisendo i diritti di
fabbricazione dalla NSU, varando importanti programmi di sviluppo e investendo cifre considerevoli. Oramai
da più di un ventennio sulla scena è
rimasta solo la giapponese Mazda,
che ha lavorato per decenni su questo tipo di motore ma che lo impiega
solo su di un modello della sua gamma, apparentemente più per ragioni
di prestigio che per altri motivi; tutte
le altre auto di sua produzione infatti
sono azionate da motori di schema
convenzionale.
Sulla carta il motore a pistone rotante ideato originariamente da Felix
Wankel è assolutamente straordinario. Il numero di componenti è assai
inferiore, rispetto a un analogo motore convenzionale e inoltre al suo
interno non vi sono parti in moto alterno. Dunque si tratta di un motore
compatto, leggero e semplice strutturalmente, perfettamente equilibrato
e in grado di raggiungere regimi di
rotazione molto elevati senza problemi di sorta. A decretarne l’insuccesso
sono state però delle ragioni importanti. Tanto per cominciare, la camera
di combustione ha una forma molto
sfavorevole, con un elevato rapporto superficie/volume, il che rende
impossibile l’ottenimento di elevati
rendimenti e penalizza i consumi e,
cosa da tempo inaccettabile, anche
le emissioni di idrocarburi. Inoltre, la
durata non è paragonabile a quella
che si ottiene, senza alcuna difficoltà, con i motori di schema classico.
Le parti critiche sono gli elementi di
tenuta e le pareti del vano nel quale è
alloggiato il pistone. L’elevato trafilamento che inizia a verificarsi dopo un
chilometraggio non certo elevato per
gli standard usuali contribuisce ovviamente a peggiorare la situazione
per quanto riguarda le emissioni. Per
rientrare nei limiti di legge i tecnici
della Mazda hanno dovuto ricorrere
a una serie di soluzioni sofisticate
che hanno penalizzato i costi e aumentato fortemente la complessità
costruttiva.
Un motore Wankel è costituito da un
carter centrale chiuso da due coperchi laterali, all’interno del quale è alloggiato il pistone (la cui forma in sezione è grossomodo triangolare), che
ruota sul perno eccentrico dell’albero, supportato da cuscinetti montati
nei coperchi. Il pistone, che sarebbe
meglio chiamare rotore, è guidato nel
suo movimento da un ingranaggio fissato a uno dei due coperchi laterali, i
cui denti sono in presa con quelli di
una corona a dentatura interna (vin-
colata al pistone stesso). In effetti
la geometria dell’alloggiamento è
complessa, e questo vale anche per
il rotore, il cui reale movimento è ben
difficile da visualizzare (sarebbe forse più giusto dire che il pistone più
che ruotare, “rotola”). Tra lo statore
e il rotore si formano tre camere di
lavoro mobili, a volume variabile. L’albero compie tre giri per ogni giro del
rotore, durante il quale in ciascuna
camera si svolgono tutte le fasi di un
ciclo a quattro tempi.
Del ciclo Miller basta dire che è una
banale “variazione sul tema” del
ciclo Otto, in genere neanche menzionata sui testi tecnici. Per quanto
riguarda i motori a turbina, sui quali
alcuni costruttori avevano riposto notevoli speranze, si sono rivelati poco
adatti ad impiego automobilistico per
il ritardo di risposta all’azionamento
dell’acceleratore, il consumo specifico piuttosto elevato e il costo addirittura spropositato…
Vittorio Fabbri
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