Tecnica
Motori rivoluzionari: il Wankel
Scritto da Barone - Pubblicato 13/03/2006 09:56
Il Wankel o motore rotativo è un propulsore che basa il suo funzionamento su un idea diversa rispetto ai motori a ciclo Otto e Diesel.

Fu progettato e costruito dal tedesco Felix Wankel e brevettato nell'ormai lontano 1927.

E' costituito da una camera curva detta statore di forma epitrocoide, per semplificare possiamo immaginarla come una sorta di ovale che ha subito un restringimento sui fianchi. Al suo interno si possono distinguere due parti contrapposte: su un lato le luci di scarico e affiancati i canali di aspirazione, dalle prime vengono espulsi i gas combusti e dai secondi entra la miscela aria/benzina; sull'altro lato invece avviene l'innesco e l'esplosione della miscela attraverso la scintilla di una o 2 candele.

All'interno di questa camera ruota eccentricamente un elemento assimilabile ad un triangolo equilatero con i lati leggermente convessi, detto rotore, in modo che i suoi angoli, detti segmenti, vadano a prendere contatto con la superficie interna dello statore. La particolare forma epitrocoide è resa necessaria affinché, durante il moto, gli angoli del rotore costituiscano camere separate di volume variabile strisciando sulla parete interna dello statore. In pratica il triangolo che è imperniato al centro con la sua rotazione determina tre volumi all'interno dei quali avvengono quattro fasi in un solo ciclo. Vediamo come:

  • Aspirazione: si ha quando due angoli del rotore vanno a determinare un volume in espansione in corrispondenza della porzione di statore dove è presente il canale di aspirazione
  • Compressione: si ha quando la miscela aspirata tra due angoli del rotore viene compressa in un volume che va riducendosi per via del moto dello stesso sulle pareti della camera .
  • Scoppio: si ha quando la miscela precedentemente compressa e compresa tra due angoli del rotore viene a trovarsi in corrispondenza della porzione di parete della camera nella quale è inserita una candela. Questa attraverso una scintilla innesca l'esplosione che determina l'espansione dei gas contenuti, il processo fornisce l'energia necessaria ad imprimere rotazione al triangolo centrale che attraverso i suoi perni la trasmetterà agli organi di movimento.
  • Scarico: la miscela combusta ed espansa compresa tra due angoli del rotore viene espulsa dallo statore quando il primo ruotando si trova in corrispondenza della luce di scarico l'agitazione termica delle molecole della miscela e il movimento del rotore fanno si che i gas combusti escano dalla camera.

Successivamente la porzione di volume compresa tra questi angoli del triangolo si troverà nuovamente in corrispondenza del canale di aspirazione e così potrà iniziare un nuovo ciclo.

Se ne deduce che dati i rapporti tra i canali di scarico, aspirazione e il punto di scoppio della miscela si vengono continuamente a creare tre compartimenti separati e di volume variabile determinati della rotazione dello statore nei quali avvengono tre fasi del ciclo (aspirazione, scoppio e scarico) mentre la fase di compressione della miscela si ha nel tragitto intermedio tra il punto di aspirazione e quello di scoppio. Il motore quindi alterna le fasi in maniera continua senza tempi morti a differenza di quanto avviene nel motore a ciclo Otto.



Quali sono i vantaggi del propulsore di Wankel?

  • E' costituito da un minor numero di componenti rispetto ad un classico quattro tempi (circa il 50% in meno), ciò si traduce in un minor peso e una maggiore semplicità (ciò che non c'è non si può rompere).
  • Ridotte dimensioni.
  • Raggiunge elevati regimi rotatori.
  • Dà cicli utili in rapporto 1:1 , i normali quattro tempi ne danno uno ogni due
  • Non impiega masse alterne per sviluppare il moto che costituiscono un grande spreco energetico, si pensi al pistone che nel compiere i cicli deve invertire la propria corsa.
  • Ridotte vibrazioni.
  • Mancanza di organi della distribuzione.
  • Consumi ed emissioni assimilabili ad un moderno motore a ciclo Otto, questo si è ottenuto con le ultime versioni del Wankel separando tra loro condotti di scarico e aspirazione in maniera opportuna, precedentemente il propulsore soffriva di un eccessivo rimescolamento dei gas.
  • Elevato rendimento energetico globale: il moto si trasferisce direttamente dal rotore all'albero senza l'impiego di manovellismi fuori asse che comportano lo spreco di una grande quantità di energia, ed è questo il vero punto di forza del propulsore.

Purtroppo però il Wankel è affetto anche da due gravi handicap:

  • La geometria e i rapporti della camera interna fanno si che i volumi e le aree dove avvengono lo scoppio e lo scarico/aspirazione siano tra loro distanti e separati; ciò porta ad un gradiente di temperatura di circa 800° C tra queste zone che mette a dura prova la resistenza dei metalli. E' necessario quindi un buon impianto di raffreddamento.
  • I segmenti strisciando continuamente sulla camera curva vanno ad usurarsi e non si ha più una ottimale tenuta tra angoli e parete interna dello statore con il risultato che i gas contenuti all'interno delle tre camere vengono a mescolarsi con perdita di compressione. Il fenomeno dell'usura per attrito è accentuato e determinato dagli elevati gradienti di temperatura presenti.

Nel susseguirsi degli anni diverse automobili hanno montato questo propulsore pionieristico, la prima fu la NSU Spider Wankel nel 1964 progettata e costruita dalla società fondata da Felix stesso; successivamente anche marche come Mercedes Citroën e Madza si interessarono al progetto e costruirono delle autovetture ma sempre in numero ridotto. Tutt'oggi Madza produce un'auto sportiva ad elevate prestazioni, l' RX-8 che monta il propulsore Wankel rivisto e sviluppato: il Renesis.

In passato sono stati costruiti anche motocicli con motore rotativo, ciò che faceva ben sperare per le due ruote erano il peso ridotto e le sue elevate prestazioni agli alti giri che lo assimilavano ad un motore due tempi.

L' Mz Wankel negli anni '70


La Honda Hercules w 2000 nel 1973-79


La Suzuki RE5 nel 1975


La Van Veen OCR 100


La Norton F1 all'inizio degli anni '90


Conclusioni

Perché il motore Wankel non abbia avuto il successo che sembrerebbe meritare è facilmente intuibile: per la maggior parte delle case costruttrici è più conveniente mantenere l'attuale tecnologia per non sconvolgere gli equilibri di mercato, di certo non è per i problemi tecnici di cui è affetto che non sono insormontabili. Oltre al Wankel esistono altri "nuovi propulsori" promettenti ma che molto probabilmente non vedremo mai e rimarranno per sempre nascosti a causa della politica "di chi vende".

 

Commenti degli Utenti (totali: 14)
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Commento di: boreppe il 13-03-2006 16:10
E' eccezionale. Come diceva un conoscente, ufficiale di macchina sulle turbonavi "il motor a pistoni son tocchi de fero che se rincorrono in carter". Questa è invece tecnologia!
Credo sia nato per equipaggiare i siluri della kriegsmarine nella 2a guerra mondiale, a causa dell'elevata potenza specifica e dei ridotti problemi di accoppiamento all'elica.
Certo oggi tra gli impianti per fabbricare camicie e pistoni che costano nulla e le leghe povere con cui si costruiscono i motori a pistoni, contribuiscono ad ampliare il gap tra un motore convenzionale e uno hi-tech. Vi ricordate anche di quel motore 2 tempi australiano che ha una resa pazzesca ma del quale un produttore (francese mi pare) ha acquistato il brevetto per non metterlo sul mercato?
Commento di: clx il 15-03-2006 16:28
Ha anche un'altro gravissimo difetto!!!!!!!
Manca il freno a motore!
Questo tipo di propulsore è stato fatto anche per le macchine a 4 ruote e vicino casa mia, a san marino (sono di rimini) negli anni 70 credo un tizio si è schiantato perchè in discesa i freni lo anno lasciato per via dell'eccessivo surriscaldamento....
Praticamente mette notevolmente sotto stress l'impianto frenante, compormettendolo precocemente!
Commento di: boreppe il 22-03-2006 22:21
Si, è vero, non essendoci in effetti volumi che vengono compressi in maniera "resistente" (qui a un certo punto la camera di compressione si apre comunque) non c'è freno motore.
Questo era sicuramente un problema 20-30 anni fa, tant'è vero che la NSU RO80 è stata una delel prime auto di serie con freni a disco; oggi però tra frenatura elettrica ed idrodinamica il problema sarebeb bypassato alla grande.
Commento di: de_corsa il 23-03-2006 22:38
bè, per un vecchio duetempista come me, il fatto che il Wankel sia privo di freno motore è un suo pregio, non un difetto!

non dimentichiamo che per rallentare ci sono i freni.
Commento di: BaronePower il 19-08-2006 17:54
Oltretutto pesa meno di un convenzionale, e nonostante ruoti mi pare di ricordare che non soffra di problemi di coppie di rovesciamento dovute alla rotazione dell'albero (provate un vecchio Guzzi.. mio padre aveva un vecchio 850 e potevi dire a occhi chiusi da che parte girava l'albero :-)) anche se è montato longitudinalmente.

Il freno motore assente non è un gravissimo problema (vedi post sui miracoli dei freni moderni) se non sulle auto dove i freni sono molto meno raffreddati (perchè "entrobordo").
Altro vantaggio: la coppia è molto bassa in rapporto alla potenza, e quindi su una moto non dà problemi di "sgroppate".

Però beve tantissimo (ho un amico con un Mazda RX-8... lui lo sa!) per via del rapporto superificie volume delle camere di scoppio che riduce il rendimento e l'efficienza della combustione, e consuma olio a go-go...
Commento di: de_corsa il 17-09-2006 05:16
Un altro problema è la durata degli segmenti di tenuta che, non essendo di forma circolare, hanno difformità di usura che li porta rapidamente a perdere di efficienza.
Questa è una delle cause dell'elevato consumo d'olio da parte di questi motori.
freno motore
Commento di: de_corsa il 28-06-2009 06:50
La mancanza di "freno motore" non può essere considerato un difetto: neanche i motori a due tempi hanno un gran freno motore ma hanno motorizzato il mondo per decenni senza problemi del genere.
Questa "mancanza" nei confronti del solo ciclo a quattro tempi quindi può benissimo esser colmata da un adeguato impianto frenante.
freno motore
Commento di: Mauro1994 il 03-08-2013 19:25
Il problema principale come già ripetuto non è dell'impianto frenante anche perchè ad esempio io tendo a usare molto poco il freno motore ma dell'usura dei segmenti che a mio parere potrebbe essere risolto anche perchè le doti di questo propulsore, come specificato da molte riviste specialistiche, sono sorprendenti
Commento di: entropia26 il 12-02-2007 18:41
Salve a tutti... io sono nuovo e mi sono iscritto alla comunità solo per farvi una domanda:

Io sono uno studente dell'università di Udine e da poco ho inventato e brevettato un innovativo sistema di propulsione rotativa a due tempi assolutamente
rivoluzionario e funzionante che necessita solo di un pò d'attenzione.
Dato che tra voi cè senza dubbio qualche ingegnere che investe nell'ingegneria automotoristica vorrei stringere un contatto per portare a termine un grande progetto ingegneristico che secondo alcuni professori di energetica e macchine del dipartimento di Udine è un progetto di sicuro successo.
Per un incontro o per qualche spiegazione potete trovarmi **canc**

Saluti

Stefano
Commento di: CREbluTOP il 17-07-2007 17:41
sarebbe possibile avere qualche schema, anche semplicizzato sul funzionamento di suddetto sistema innovativo? tanto è brevettato, no?
pura curiosità....
Commento di: bambox il 15-07-2007 01:04
invece per le macchine nn era tanto un problema di freni perche rispetto alle moto hanno 4 freni di grosso diametro e maggior aderenza per via delle quattro ruote,se poi nn e abbastanza basterebbe fare dei condotti di aria che arriavano che fanno arrivare aria sotto al parafafango(nell'alloggiamento dove gira la ruota per intenderci)purtroppo le innivazioni fanno sempre paura agli ignoranti.
Commento di: scovolix il 08-10-2007 23:25
bellissimo articolo!

non vorrei sembrare rompiscatole ma sei sicuro l'hercules w 2000 centri qualcosa con la honda? mi sembra fosse una moto completamente tedesca.

forse posso aggiungere una curiosità: credo la norton abbia preparato una moto con mototre wenkel per uno dei campionati inglesi.... non è molto potente ma naturalmente si distingue in maneggevolezza.
Commento di: TartarUgo il 30-03-2010 19:10
La sfortuna di questa architettura stà <u>solo</u> nella poca affidabilità e non per questioni di politiche commerciali tese al boicottaggio ecc...<br>
C'è stata anche una parentesi nelle competizioni ma data la difficile equivalenza cilindrata/potenza tra i 2 tempi di allora e questo rotativo, non si poteva assicurare un confronto agonistico equo.
Commento di: SpadaccinoNero il 09-09-2016 16:22
voglio una moto con motore Wankel, un bel cross 2T