Ciclo a due tempi

Motori rotativi (Wankel)

Il motore a combustione interna a pistoni rotativi sviluppato in Germania è radicalmente diverso nella struttura dai tradizionali motori a pistoni alternativi. Questo motore fu concepito da Felix Wankel, uno specialista nella progettazione di dispositivi di tenuta, e unità sperimentali furono costruite e testate da una ditta tedesca a partire dal 1956. Invece di pistoni che si muovono su e giù nei cilindri, il motore Wankel ha un rotore orbitante triangolare equilatero. Il rotore gira in una camera chiusa, e i tre apici del rotore mantengono un continuo contatto di scorrimento con la superficie interna curva dell’involucro. Il rotore dai lati curvi forma tre camere a forma di mezzaluna tra i suoi lati e la parete curva dell’involucro. I volumi delle camere variano con la posizione del rotore. Il volume massimo è raggiunto in ogni camera quando il lato del rotore che la forma è parallelo al diametro minore dell’involucro; il volume è ridotto al minimo quando il lato del rotore è parallelo al diametro maggiore. Tasche poco profonde incassate nel fianco del rotore controllano la forma delle camere di combustione e stabiliscono il rapporto di compressione del motore.

Motore rotativo Wankel
Motore rotativo Wankel

Un ciclo del motore rotativo Wankel, che mostra (A) le fasi di aspirazione, (B) di accensione e (C) di scarico.

Encyclopædia Britannica, Inc.

Nel ruotare attorno al suo asse centrale, il rotore deve seguire un’orbita circolare attorno al centro geometrico del carter. La rotazione orbitale necessaria è ottenuta per mezzo di un foro centrale nel rotore in cui un ingranaggio interno è montato per ingranare con un pignone fermo fissato in modo inamovibile al centro dell’involucro. Il rotore è guidato dal montaggio del suo foro centrale su un eccentrico formato sull’albero di uscita che passa attraverso il centro del pignone fisso. Questo eccentrico imbriglia anche il rotore all’albero in modo che la coppia sia applicata quando la pressione del gas è esercitata contro i fianchi del rotore quando le cariche di carburante e aria bruciano. Un rapporto di trasmissione di 3 a 1 fa sì che l’albero di uscita giri tre volte più velocemente di quanto il rotore giri intorno all’eccentrico. Ogni quarto di giro del rotore completa un’espansione o una compressione, permettendo l’aspirazione, la compressione, l’espansione e lo scarico per essere realizzato durante un giro del rotore. Le uniche parti mobili sono il rotore e l’albero di uscita.

La miscela di combustibile è fornita da un carburatore ed entra nelle camere di combustione attraverso una porta di aspirazione in una delle piastre finali dell’involucro. Una porta di scarico è formata in uno dei lati appiattiti della parete dell’involucro, e una candela si trova in una tasca che comunica con le camere attraverso una piccola gola nel lato opposto della parete dell’involucro.

Il rotore e i suoi ingranaggi e cuscinetti sono lubrificati e raffreddati da olio che circola attraverso il rotore cavo. Le palette apicali sono lubrificate da una piccola quantità di olio aggiunto al carburante in proporzioni di 1 a 200. L’acqua viene fatta circolare attraverso le camicie di raffreddamento nell’involucro, il cui ingresso è situato adiacente alla candela, dove la temperatura tende ad essere più alta.

Mantenere i giunti a tenuta di pressione con guarnizioni adeguate agli apici e sulle facce finali del rotore è un problema di progettazione importante. Le palette radiali scorrevoli sono inserite in fessure ai tre bordi dell’apice e mantenute in contatto con l’involucro da molle di espansione. Le facce finali del rotore sono sigillate da anelli segmentali a forma di arco inseriti in scanalature vicino ai bordi curvi del rotore e premuti contro la carcassa da molle piatte.

I principali vantaggi del motore Wankel sono le sue esigenze di spazio ridotto e il basso peso per cavallo vapore, il funzionamento regolare e senza vibrazioni, il funzionamento silenzioso e i bassi costi di produzione derivanti dalla semplicità meccanica. L’assenza di forze inerziali dalle parti reciproche e l’eliminazione delle valvole a otturatore chiuse a molla permettono il funzionamento a velocità molto più elevate di quanto sia pratico per i motori a pistoni alternativi, un vantaggio perché la velocità dell’albero deve essere alta per una prestazione ottimale. L’induzione della miscela di carburante fresco e lo scarico sono più efficaci perché le porte sono aperte e chiuse più rapidamente che con le valvole a otturatore, e il flusso di gas attraverso di esse è quasi continuo. Il trasferimento di calore e la conseguente necessità di raffreddamento sono bassi perché la superficie rivestita è piccola. Il peso ridotto e il centro di gravità più basso rendono l’automobile molto più sicura in caso di collisione. Tuttavia, le economie di carburante competitive e i maggiori costi di sviluppo e produzione per soddisfare le norme sulle emissioni hanno limitato l’uso del motore Wankel nei veicoli di produzione, con solo la Mazda Motor Corporation che ne commercializza un numero sostanziale.

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