Motore Wankel

La maggior parte delle persone sa come funziona -a grandi linee- un motore a quattro tempi.
Ma alzi la mano chi sa come funziona un motore Wankel.

Il motore Wankel

Nel motore Wankel, ideato da Felix Wankel, le quattro fasi di un tipico ciclo Otto si verificano nello spazio tra i tre lati del rotore e l’interno simmetrico di un contenitore. La fase di espansione del ciclo Wankel è molto più lunga di quella del ciclo Otto.
Prendendo come esempio un motore Wankel a rotore singolo, il rotore triangolare -con una forma simile a quella del triangolo di Reuleaux- è inserito all’interno di un contenitore epitrocoidale.

La forma teorica del rotore tra gli angoli fissi è il risultato di una riduzione al minimo del volume della camera di combustione geometrica e della massimizzazione del rapporto di compressione.
La curva simmetrica che collega due vertici arbitrari del rotore è massimizzata nella direzione della forma del contenitore con il vincolo che non tocchi le pareti di quest’ultimo a qualsiasi angolo di rotazione.

L’albero motore centrale, chiamato albero eccentrico o E-shaft, passa attraverso il centro del rotore ed è supportato da cuscinetti fissi.
I rotori ruotano su degli eccentrici (analoghi alle manovelle), parti integranti dell’albero eccentrico.
Il rotore ruota intorno all’eccentrico e compie una rivoluzione orbitale intorno all’albero eccentrico.
Dei sigilli di guarnizione agli angoli del rotore dividono l’insieme in tre camere di combustione in movimento.

La rotazione di ogni rotore sul proprio asse è causata e controllata da una coppia di ingranaggi di sincronizzazione.
Un ingranaggio fisso montato su un lato del rotore lavora assieme ad un ingranaggio ad anello attaccato al rotore e assicura i movimenti del rotore, esattamente un terzo di giro del rotore per ogni giro dell’albero eccentrico. L’uscita di potenza del motore non viene trasmessa attraverso gli ingranaggi di sincronizzazione. La forza di pressione del gas sul rotore spinge -approssimativamente- direttamente sull centro dell’eccentrico, parte integrante dell’albero di uscita.

Il modo migliore per visualizzare l’azione del motore è quello di guardare non il rotore stesso, ma la cavità creata tra essa e il contenitore.
Il motore Wankel è in realtà un sistema a progressione di cavità a volume variabile.

Poiché il rotore ruota orbitalmente, ogni lato del rotore si avvicina e si allontana alternatamente dalle pareti del contenitore, ovvero si verifica la compressione e l’espansione della camera di combustione, come i colpi di un pistone in un motore a pistoni.

Nei motori a quattro tempi il pistone compie una fase di combustione ogni due giri dell’albero motore, ogni camera di combustione nel Wankel compie una fase di combustione per ogni rotazione dell’albero di trasmissione, cioè tre colpi di potenza per ogni rotazione del rotore.
Così, la potenza di un motore Wankel è generalmente superiore a quello di un motore a pistoni di simile cilindrata, e a parità di cilindrata essi sono più piccoli e leggeri.

Inoltre essi hanno regimi di rotazione molto più elevati. Ciò è dovuto in parte al movimento circolare del rotore, ma soprattutto perché non hanno parti altamente sollecitate come, ad esempio, un albero a gomiti o delle bielle.

Il regime di un motore rotativo è limitato dalla usura degli ingranaggi di sincronizzazione.
Ingranaggi in acciaio temperato sono utilizzati per il funzionamento prolungato sopra i 7000 o 8000 giri / min. I motori Wankel Mazda per le gare automobilistiche possono andare oltre i 10.000 giri / min. In ambito aereonautico sono usati in modo conservativo, fino a 6500 o 7500 giri / min.
Tuttavia, l’esecuzione di un motore Wankel a regimi elevati non in condizioni di carico può distruggere il motore.

Usualmente, un motore Wankel può essere paragonato ad un motore a pistoni con circa il doppio della cilindrata.

Pro e contro del motore Wankel

Vantaggi
– Un minor numero di parti in movimento.
– Una minore rumorosità e minori vibrazioni.
– Un’ elevata leggerezza dovuta alle dimensioni ridotte ed elevato rapporto potenza/peso.
– Una minore emissione inquinante di ossidi di azoto, dovute alla minore temperatura media dei gas.
– Una maggiore potenza, a parità di cilindrata, rispetto ad un motore a pistoni.
– Una semplicità progettuale e manutentiva.

Svantaggi
– La scarsa durata degli elementi di tenuta del rotore.
– La coppia abbastanza contenuta ai bassi regimi di rotazione.
– Il consumo di carburante che in generale è maggiore rispetto ad un omologo motore a pistoni.
– La problematica lubrificazione dei segmenti apicali.
– Il tasso di idrocarburi incombusti molto elevato.

[more]
Il motore Wankel non viene utilizzato largamente soprattutto per i problemi di affidabilità e consumo.
Nonostante le sue ottime prestazioni i clienti vogliono utilizzare un mezzo affidabile che non bruci le guarnizioni ogni volta che si accende e che non consumi più olio che benzina.
Inoltre il problema degli idrocarburi incombusti rende molto difficile far rispettare a questi motori le odierne normative anti inquinamento.
[/more]

I mezzi più famosi

I mezzi Wankel più noti sono certamente le varie Mazda RX, gran parte della loro notorietà probabilmente è dovuta al loro relativo successo nei videogiochi automobilistici.

Il motore rotativo è stato usato anche in alcune moto.
Quelle più note furono la Norton Commander, la Hercules W2000 e la Suzuki RE5.

La fine della produzione della Mazda RX8 ha segnato l’uscita del motore Wankel dalla produzione di serie. Solo alcune ditte “artigianali” continuano a produrre mezzi con motore rotativo, soprattutto aerei da volo leggero.
Probabilmente, in futuro, ritornerà in auge con la Mazda RX9, sempre che la Mazda non abbandoni il motore rotativo in favore di un più affidabile motore a pistoni.

Wikipedia

Bazingato/Suggerito da @cia91