Il motore Wankel, tra genialità e difficoltà di produzione

Felix Wankel,                  a-specialcar.it

Il motore Wankel nasce dalla mente geniale di Felix Wankel, che ancora diciassettenne, nel 1919, ebbe un sogno premonitore , in cui vide un’auto costruita da lui con un particolare motore, dove vi erano solo parti rotanti. Con gli anni arrivò a concepire quel motore che da lui prese il nome, arrivando alle basi del Wankel nel 1924. Riprese i suoi lavori dopo la guerra, insieme all’ NSU che gli diede i fondi per poter sviluppare un prototipo del motore.

Esso rappresenta l’unico motore  a combustione interna andato in produzione diverso dal motore a pistoni con movimento alternativo, caratterizzato da soli elementi rotanti. Non c’è la trasformazione del moto da longitudinale ad alternativo, le dissipazioni di energia sono minime, si ottiene un maggiore sviluppo di potenza ed è caratterizzato da una rielaborazione delle classiche fasi di aspirazione, espansione, compressione, scoppio e scarico.

Dopo il prototipo che arrivò nel 1957, nel 1959 l’ NSU presentò la prima vettura con motore Wankel (la spider Wankel) equipaggiata con un motore monorotore.

Spider Wankel

Nel 1961 ci fu l’interessamento ufficiale da parte di Mazda, che in seguito acquisì le licenze per lo sviluppo esclusivo del motore Wankel. Nel 1967 la NSU produce la Ro 80 (caratterizzata da una scarsa affidabilità dovuta alla breve vita degli elementi di tenuta) ,la più famosa macchina con motore rotativo della NSU ; nel 1967 in Giappone debuttò quella che fu la prima macchina della Mazda con motore rotativo la 110 Cosmo.

NSU Ro 80, hifi-forum.de Mazda 110 Cosmo, bringatrailer.com

 

 

 

 

 

Poi l’ NSU abbandonò il mercato delle auto per gli elevati costi di manutenzione delle sue auto (i sui elementi di tenuta dovevano essere sostituiti intorno ai 10-15 mila km) e la Mazda  rimase l’unico sviluppatore del motore Wankel, (giungendo a leghe di acciaio che permettevano un intervallo di manutenzione di circa 80000 km) che è rimasto in produzione fino agli ultimi anni con la Mazda RX8 con motore rotativo birotore aspirato di ultima generazione.

Gli elementi caratteristici di un motore Wankel sono essenzialmente :

• Il rotore con una forma triangolare con i lati bombati;
• La camera di scoppio di forma trocoidale;
• L’albero eccentrico.
• Le piastre che separano le varie camere
• Gli ingranaggi sui quali ruota il rotore.

Il ciclo di funzionamento è costituito dalle seguenti fasi:

• Quando  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, grazie al movimento rototraslatorio descritto dal rotore stesso. 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.
• Proseguendo la 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.  Raggiunta la pressione di compressione ottimale, si provvede all’accensione.
• Non appena i due elementi di tenuta del rotore si trovano tra le candele, scocca la scintilla e ha così inizio la fase di combustione-espansione. Per una combustione più soddisfacente tutti i moderni motori rotativi sono dotati di due candele di accensione anziché di una. A causa della forma lenticolare della camera di combustione, ricavata nel rotore, la candela singola non garantiva un’ uniforme e completa combustione.
• In seguito spinta dovuta all’espansione dei gas, il rotore è forzato a proseguire la rotazione; quando l’elemento di tenuta anteriore della camera in esame scopre la luce di scarico, i gas vengono espulsi all’esterno. Questo ciclo di funzionamento si attua in sequenza in ciascuna camera.

 

Fase di aspirazione, appuntidigitali.it Fase di compressione, closeupengineering.it Fase di combustione, appuntidigitali.it Fase di scarico, italiamac.it

 

 

Per ogni giro di albero c’è almeno una fase di scoppio da parte di una delle facce del rotore; mentre per un motore a ciclo 8 , ogni pistone ha bisogno di 2 giri di albero per effettuare uno scoppio..Per questo dal punto di vista delle competizioni  e dal punto di vista amministrativo si assegna una cilindrata doppia ai motori Wankel rispetto a quella effettiva.

I vantaggi di questo tipo di motore possono essere riassunti come:

• Il numero esiguo di parti in movimento;
• Bassa emissione di rumori e vibrazioni minime;
• Diminuzione del peso in seguito alle dimensioni ridotte del motore ed elevato rapporto potenza / peso ;
• Per le temperature minori raggiunte si ottiene una più bassa emissione di ossidi di azoto;
• Maggiore potenza, a parità di cilindrata, rispetto ad un motore a pistoni alternativo;

Esaminiamo gli altri elementi che compongono questo motore:

motori.it.msn.com

vediamo l’albero di un motore birotore , con i 2 eccentrici posti a 180 ° l’uno rispetto all’altro , consentendo ai 2 rotori di lavorare a fasi opposte. Lungo l’albero abbiamo i vari passaggi dell’olio che consentono la lubrificazione di tutto il sistema.

Sull’altra faccia del rotore vi è l’ingranaggio che va ad interagire sull’ingranaggio statore , il quale è fissato in maniera solidale alla piastra posteriore e non può ruotare , sul quale appunto ruota l’ingranaggio interno al rotore che ha il triplo dei denti. Ed è per questo che, per una completa rivoluzione del rotore, servono 3 giri di albero. Le luci di aspirazione e scarico sono ricavate nella cassa statorica dove trovano anche alloggio le candele .

Poi abbiamo gli elementi di tenuta che nei motori Wankel sono rappresentati dagli apex seals, i sigilli dell’ apice, in quanto sono posti sull’apice del rotore, sulla punta.

Nel motore a pistoni le fasce elastiche vengono lubrificate nel momento del punto morto superiore e inferiore, dove viene raccolto l’olio nel cilindro e quindi la fascia si lubrifica in maniera ottimale. Nel motore rotativo ciò non avviene, perché non c’è mai , fondamentalmente, un momento di ‘riposo’ per la fascia  e quindi hanno bisogno di grande lubrificazione e soprattutto di materiali che resistano al continuo sfregamento e al passaggio sulle luci di scarico.

La fascia, durante il movimento rotativo, va a passare su i bordi della luce di scarico.

Ora è lecito porsi la domanda : ma perché il motore Wankel non ha avuto tanto successo?

Ciò è dovuto al fatto che la realizzazione degli elementi principali di tale motore, ossia rotore e statore, presenta numerose difficoltà richiedendo l’uso di macchinari specifici e di grande precisione. Inoltre, per garantire ai materiali la resistenza necessaria all’usura risultano fondamentali successivi trattamenti.

Altri problemi costruttivi riguardano inoltre la camera di combustione, l’accensione , la lubrificazione e il raffreddamento del rotore.

La particolare configurazione del rotore fa si che, le camere di combustione, vengano sviluppate prevalentemente in lunghezza, comportando una configurazione di certo non ottimale; soprattutto per la notevole distanza che si viene a creare tra gli elettrodi della candela e gli estremi della camera di combustione (Mazda per questo motivo ha sviluppato la tecnologia ‘ Twin spark’, cioè la doppia candela per ciascun rotore).

Un ulteriore problema relativo al sistema di aspirazione è la carenza di coppia ai bassi regimi o anche il problema del rigetto della miscela.

Tutto questo unito alla scarsa durata degli elementi di tenuta e l’elevato tasso di idrocarburi incombusti, così come l’elevato consumo di carburante (rispetto al motore alternativo) ha decretato la fine di questo motore.

Però chi lo sa, forse in futuro con il progredire della tecnica si potrà ritagliare un degno posto a questa geniale invenzione.