Il motore rotativo Wankel (Mazda Rx-8)

Miei discepoli, dovete cominciare a studiare le linee teoriche e/o pratiche dei vari tipi di motori endotermici funzionanti a benzina senza piombo (perchè i diesel possono anche tenerseli i nigaz).
Ora vi spiegherò sinteticamente come lavora un motore rotativo (nato nel 1953 in Germania) chiamato Wankel, nome dell'ingegnere che l'ha creato.Si caratterizza e si differenzia dagli altri motori più comuni poiché il pistone non si muove di moto alternato ma ruota intorno ad un’asse.
Questo pistone a tre lobi ruota eccentricamente in modo diretto attorno all’albero motore, generando le fasi che abbiamo visto prima in modo diverso.
Il cuore del motore è dunque lo speciale pistone, un rotore prismatico a base triangolare equilatera leggermente convesso. Questo è contenuto all’interno di una carcassa (detta statore) nella quale sono praticate le luci di aspirazione e quelle di scarico. La cavità dove alloggia il rotore ha una sezione che ricorda un’ellisse schiacciata con due rientranze agli estremi dell’asse minore, chiamata epitricoide a due lobi. Le basi dello statore sono formate da due pareti piane con al centro un foro per il passaggio dell’albero motore. Girando all’interno della carcassa (con un particolare movimento orbitante), il rotore forma tre camere, il cui volume varia ciclicamente. In queste tre camere si compiono contemporaneamente tre cicli otto a quattro tempi sfasati tra loro di 120°. Avendo il rotore tre lati uguali, il processo avviene in modo sequenziale tre volte ogni giro del rotore stesso (corrispondenti a due giri dell’albero motore), con un notevole vantaggio in termini di potenza erogata e di regolarità di funzionamento.
All’interno del motore è situata una ruota dentata a denti interni (corona rotorica) che ingrana con una ruota a denti esterni solidale alla piastra di chiusura dello statore (pignone statorico) e coassiale con i perni di banco dell’albero motore. La corona rotola sul pignone. Il rotore presenta un foro centrale dotato di una grossa bronzina anulare nel quale ruota un eccentrico cilindro calettato sull’albero motore. Le pressioni che vengono esercitate dai gas in espansione sono trasmesse tramite l’eccentrico sull’albero motore che viene trascinato in rotazione. Il pignone statorico ha il compito di costringere il rotore a seguite un’orbita eccentrica, tale da garantire un costante contatto tra gli elementi di tenuta contro le pareti interne dello statore. Dall’albero motore il moto passa direttamente al gruppo della frizione e quindi al cambio, da dove viene trasmesso alle ruote motrici.
Dopo aver passato in rassegna la parte tecnica di funzionamento di questo originale tipo di motore a scoppio, andiamo ora ad esaminare i vantaggi e gli svantaggi che derivano dall’adozione di questo motore.
I vantaggi sono principalmente tre: minor numero di parti e semplicità di progetto; minore rumorosità e vibrazioni; elevata leggerezza dovuta alle dimensioni ridotte ed elevato rapporto potenza/massa.
il motore rotativo ha un’incredibile semplicità di progettazione data la presenza di solamente due parti in movimento (rotore e albero motore). L’assenza di masse in moto alternato (che sui motori alternativi sono bielle, pistoni e spinotti), non hanno la necessità di essere bilanciate a causa della loro forza d’inerzia; il volano dei motori alternativi è sostituito dal rotore stesso che gli consente di avere forti accelerazioni e valori di potenza specifica più elevati a parità di cilindrata. Il motore Wankel è costruttivamente molto più leggero dei normali propulsori a pistoni alternati e possiede solo due parti mobili, con cicli di aspirazione e scarico molto più vantaggiosi poiché i fluidi hanno più tempo per entrare o uscire e quindi ha minori perdite di carico. Anche il Wankel, inoltre, può essere dotato di sistemi di sovralimentazione mediante turbina o compressore volumetrico. Il miglior sfruttamento della combustione durante l’espansione fornisce a parità di cilindrata una maggiore potenza poiché durante l’espansione l’albero ruota di 270° anziché di 180°.
Ma questo tipo di motore presenta anche degli svantaggi (altrimenti non potremmo spiegarci la sua limitazione di utilizzo). Questi svantaggi sono: la scarsa durata dei suoi elementi di tenuta del rotore, la difficoltà di realizzazione, l’elevato consumo e di conseguenza l’elevata emissione di sostanze inquinanti.
I problemi di carattere costruttivo riguardano soprattutto il rotore, sottoposto durante il suo moto a grandi escursioni termiche (circa 900° C) e che deve quindi essere realizzato con leghe estremamente resistenti e costose. La sua conformazione spigolosa, inoltre, subendo violenti attriti sulla parete dello statore, vede presto ridotta la propria tenuta idraulica delle guarnizioni, con conseguente limitazione del rendimento e generando una combustione errata e quindi emissioni nocive.
Dal punto di vista tecnologico, la costruzione degli organi principali risulta essere molto complicata: la costruzione dello statore presenta difficoltà di realizzazione a causa della sua forma, e per dare resistenza a queste parti sono necessari particolari trattamenti. Altri problemi riguardano la tecnica di funzionamento; in particolare la configurazione del pistone non consente grossi margini di libertà per le camere di combustione, il che fa inevitabilmente sì che queste siano sviluppate soprattutto in lunghezza portandole ad essere quasi piatte (configurazione non di certo ideale). Altro problema è la carenza di coppia ai bassi giri o addirittura un rigetto di miscela.