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Wankel Engine: come funziona e quali sono i suoi vantaggi?

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Tradotto con l'aiuto dell'intelligenza artificiale dal nostro articolo originale (fonte: autoride.io)

Un motore Wankel, a volte chiamato motore rotativo, è un tipo di motore a combustione interna con un pistone rotante che converte la pressione in movimento rotatorio. Questo tipo di motore porta molti vantaggi.

A differenza di un classico motore a combustione, tutte le parti del motore Wankel ruotano in una direzione.

Sommario

Come funziona un motore Wankel?

Il ciclo a quattro tempi (aspirazione, compressione, combustione, scarico) avviene tra l'involucro interno di forma ovale e il pistone rotante, che ha forma triangolare.

Questo motore è stato progettato dall'ingegnere tedesco Felix Wankel, che ha ricevuto un brevetto per questo motore nel 1929. I motori Wankel sono solo motori a benzina. I motori diesel di questo tipo sono stati testati solo in condizioni di laboratorio.

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La potenza del motore Wankel in termini di potenza è di un cavallo per 0,45 kg del suo peso. In altre parole, dato che il motore pesa 100 kg, la potenza sarebbe di circa 222 cavalli. Questi numeri sono piuttosto impressionanti.

La storia del motore Wankel in breve

Nel 1951, la società NSU Motorenwerke AG in Germania iniziò lo sviluppo di questo motore, mentre ne furono costruiti due modelli. Il primo motore è stato creato da Felix Wankel e il secondo da Hanns Dieter Paschke.

Il moderno motore Wankel era basato su un motore creato da Hanns Dieter Paschke, quindi questo motore non dovrebbe essere chiamato un motore Wankel ma un motore Paschke.

Il motore di Hanns Dieter Paschke:

Nel 1960, la ditta tedesca NSU e la ditta americana Curtiss-Wright firmarono un accordo congiunto. NSU si è concentrata sullo sviluppo di motori Wankel di bassa e media potenza e Curtiss-Wright ha sviluppato motori ad alta potenza, compresi i motori per aerei.

Molti produttori hanno firmato accordi di licenza per sviluppare il motore Wankel, principalmente grazie alla sua scorrevolezza, funzionamento silenzioso, design semplice e prestazioni elevate. Alfa Romeo, American Motors, Ford, Citroen, General Motors, Mazda, Mercedes-Benz, Nissan, Porsche, Rolls-Royce, Suzuki e Toyota erano tra questi.

Curtiss-Wright ha migliorato il design di base di questo motore negli Stati Uniti. Al contrario, nel Regno Unito era in fase di sviluppo una versione diesel a due tempi del motore Wankel e Deere & Company ha progettato una versione che potesse utilizzare carburanti diversi.

Costruzione del motore Wankel

Nel motore Wankel, quattro cicli del processo di combustione avvengono nello spazio tra il rotore e l'interno del cofano motore. Nei punti in cui il pistone rotante incontra il guscio interno del coperchio del motore, una guarnizione garantisce la creazione di tre spazi isolati tra il rotore e il guscio.

Quando il pistone ruota, questi spazi si muovono nella direzione di rotazione e aumentano e diminuiscono di volume. Un involucro ovale circonda ogni rotore del motore Wankel. Il rotore ha la forma di un triangolo con bordi arrotondati a forma di arco.

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I pistoni ruotano attorno all'albero, denominato albero eccentrico o albero a E, e passano attraverso il centro del rotore. Una grande ruota dentata fornisce il movimento circolare del pistone con denti interni situati al centro del rotore.

Un piccolo ingranaggio che innesta l'ingranaggio del rotore è fissato rigidamente all'albero. Una miscela di aria e benzina viene aspirata attraverso un canale e, dopo la compressione, viene accesa da una scintilla da una candela. Dopo l'espansione e il lavoro, i fumi vengono scaricati nel tubo di scarico. L'interno del pistone è raffreddato dall'olio e l'alloggiamento e il coperchio del motore sono raffreddati dall'acqua.

In tutte e tre le camere avviene in sequenza un ciclo di combustione a quattro tempi, ovvero:

  1. Aspirazione aria e carburante
  2. Compressione e accensione
  3. Espansione e scarico

Tre giri dell'albero eccentrico equivalgono a un giro del rotore. I giri sono dati come i giri dell'albero. I motori Wankel, quindi, hanno una velocità massima più elevata (circa 9000 giri/min) rispetto ai motori a pistoni di prestazioni simili.

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Poiché il motore Wankel utilizza un concetto completamente diverso rispetto al classico motore a combustione a pistoni, non è possibile un confronto diretto. Le caratteristiche di portata, perdita di calore e temperatura superficiale sono diverse.

Vantaggi del motore Wankel

  • Rapporto potenza/peso molto più elevato rispetto a un motore a pistoni
  • Compattezza (circa un terzo delle dimensioni di un motore a pistoni)
  • Nessuna parte restituibile
  • È in grado di raggiungere giri al minuto più elevati rispetto a un motore a pistoni
  • Non crea quasi nessuna vibrazione
  • Il motore contiene meno parti, quindi la sua produzione è più economica
  • In alcuni motori Wankel, l'olio motore rimane incontaminato dal processo di combustione
  • Il motore Wankel è molto più leggero e più semplice perché contiene meno parti in movimento
  • Il lavoro delle valvole viene effettuato utilizzando semplici conduttori annegati nella parete del blocco rotore

Il motore Wankel presenta i suddetti vantaggi che ne hanno consentito l'uso in automobili, motociclette, auto da corsa, aeroplani, go-kart, motoslitte e simili.

Durata del motore Wankel

Le casse dei rotori Wankel sono costantemente riscaldate da un lato e raffreddate dall'altro, con conseguenti temperature locali elevate e dilatazione termica non uniforme. Sebbene ciò comporti requisiti elevati per i materiali utilizzati, la semplicità dei motori facilita l'uso di materiali alternativi come leghe esotiche e ceramiche.

I primi motori presentavano un'elevata incidenza di perdite tra il rotore e il guscio interno dell'alloggiamento del motore. Questi motori spesso dovevano essere risigillati dopo 20.000 miglia. Gli odierni motori Wankel di Mazda devono essere risigillati dopo 50.000-100.000 miglia.

Se il proprietario non richiudeva il motore dopo un certo chilometraggio, seguiva una perdita di compressione, manifestata da difficili partenze a freddo. Alla fine, non è stato possibile avviare il motore.

Le Mazda hanno iniziato a utilizzare il motore Wankel già nel 1957, cioè già 50 anni fa, ma con la fine della produzione della Mazda RX-8 nel 2012, il motore rotativo Wankel nella produzione in serie ha avuto la sua ultima ora, cioè fino a quando di recente, quando Mazda ha annunciato il ritorno del motore Wankel.

Un breve video dimostrativo di come funziona il motore Wankel: