Pillole tecniche – Il motore Wankel

Cavalcando l’onda del recente articolo dedicato alla Mazda RX7 FD3S (qui l’articolo) colgo l’occasione per avviare una nuova rubrica, dedicata ai miei lettori maggiormente attenti e appassionati di tecnica motoristica ed alla meccanica applicata alle macchine e non. Proprio perché l’idea è nata da una macchina spinta da questo tipo di motore, inizieremo proprio parlando di lui, il Wankel.

Intanto alcune domande: perché il Wankel è così famoso e particolare? Come è possibile sviluppare potenze specifiche così elevate? Come fa a raggiungere regimi di rotazione così elevati senza problematiche particolari?

Partiamo dal fatto che agli albori dell’automobilismo furono ideate una moltitudine di alternative al classico e consolidato motore a pistoni. Era un’epoca di sperimentazioni, ricerca, libertà e fantasia. All’epoca non c’erano norme super restrittive da rispettare, gli ingegneri ed i tecnici erano molto più liberi di oggi, il loro unico limite era la fantasia (e i soldi).

Fu quindi così che nel 1957 un tecnico tedesco della N.S.U., tale Felix Wankel, presentò il motore che tutt’ora porta il suo nome e che venne montato di serie proprio sulla N.S.U. Spider, prima macchina di serie ad essere azionata da questo motore (attenzione però, il Wankel non è l’unico motore rotativo, ne esistono altre tipologie come ad esempio quello montato sul Fokker Dr.1, l’aereo del famoso barone rosso).

Qui sotto abbiamo il buon Felix accanto al suo bambino

E’ comunque proprio sulla parola rotativo quella su cui dobbiamo concentrare la nostra attenzione; sì perché questo tipo di propulsore non  genera forza motrice grazie al moto alternato dei pistoni all’interno delle canne dei cilindri (si parlerebbe infatti di motore alternativo) ma grazie alla rotazione, all’interno di una camera di forma opportuna (che da ora chiameremo statore), di un rotore il quale, attraverso delle opportune ruote dentate, trasferisce la sua rotazione all’albero motore (e da qui al cambio ed infine alle ruote).

Ma, siccome ci piace la meccanica, andiamo un po’ di più nel dettaglio: se nei motori tradizionali la camera di scoppio è data dallo spazio rimanente fra la testa del cilindro ed il cielo del pistone quando quest’ultimo è al culmine della sua corsa (si parla di PMS, punto morto superiore), nei motori Wankel invece la particolare forma del rotore (triangolo equilatero con lati convessi) e dello statore fa si che questa camera sia ottenuta con la rotazione decentrata del rotore all’interno dello statore. Quando la miscela è infine compressa nella camera di scoppio, analogamente a ciò che avviene in un motore alternativo, questa viene accesa da 2 candele per liberare energia. Spiegarlo a parole è però forse più complesso del suo stesso funzionamento, credo che una animazione possa venire in vostro aiuto.

Fin qua però non si capisce quale sia il vantaggio rispetto ad un normale motore. Sarà forse che i tedeschi sono strani? Sarà che i giapponesi della Mazda (unici che ancora usano il Wankel) sono ancora più strani ed un giorno si sono alzati decidendo di fare un motore dalla forma diversa? Non credo proprio eh, altrimenti non si spiegherebbero i 230 CV circa ottenuti da un 1300cc aspirato come il Renesis della Mazda RX-8.

Sì avete capito bene, 1,3 Litri aspirato e 230CV. Questo perché la figata del Wankel è che non ci sono cicli a vuoto ad assorbire energia utile alla trazione. La differenza è un po’ la stessa che c’è tra un motore 4 tempi ed uno 2 tempi. Vi ricordate le vecchie RS125 e le Cagiva Mito? Avete mai provato a paragonare le loro prestazioni a quelle di una moderna R125 4t? Vi ricordate dello ZIP SP con oltre 24CV? bene, provateci con un moderno scooter a 4tempi a vedere se ci riuscite a tirarli fuori. In soldoni mentre il 2 tempi non ha fasi morte che assorbono energia, il motore 4 tempi ha un’ intero ciclo di salita e discesa del pistone che sono necessari al lavaggio della camera. Questa operazione si paga con dell’energia. Ebbene, anche il Wankel non ha sostanzialmente fasi morte, e quindi viene buttata via, sprecata, molta meno energia rispetto ad un motore a 4 tempi.

Oltre ad un minor spreco di energia, possiamo anche parlare di un miglior rendimento generale. In un Wankel ogni fase di espansione provoca una rotazione dell’albero motore di 270° rispetto ai 180° di un motore tradizionale. Immaginiamo infatti di fissare un lato del rotore e di assumere come istante iniziale quello in cui viene immessa miscela fresca nella camera di scoppio. Durante la rotazione la miscela viene compressa, viene accesa dalle candele ed espandendosi fornisce la spinta al rotore. Dopodiché il gas generato viene espulso dallo scarico. Questo è quello che il singolo lato del rotore vede in un giro motore. Mentre il lato preso come riferimento compie il suo ciclo, cosa accade al lato contiguo precedente? Accade che, “sfasato” di una fase, compie lo stesso ciclo del lato che precede! Di conseguenza in un giro motore esiste una certa sovrapposizione di fasi, in ambienti distinti, che spiega fisicamente la maggior potenza specifica di un motore Wankel secondo lo stesso principio per cui un motore 2 tempi ha una potenza circa doppia di un analogo a 4 tempi a parità di tecnologia.

I motori Wankel sono anche più adatti a raggiungere regimi superiori in virtù della minore inerzia del rotore rispetto a quella del gruppo pistone-biella. E maggiori giri significano, dal momento che la potenza è il prodotto della coppia per il numero di giri, più cavalli sotto al culo, che è quello che tutti vogliamo.

Altro grande vantaggio è la compattezza di questo motore, dovuta al fatto che è sufficiente una cubatura minore a parità di potenza, permettendo di posizionarlo un po’ dove si vuole andando ad ottimizzare la distribuzione di pesi e quindi l’handling della vettura.

Un’ altro punto di forza dei motori Wankel, che di certo piace a molti di noi, è la possibilità di “assemblare” in serie anche più gruppi di rotori per aumentare la potenza installata a bordo della macchina. Progettando infatti un apposito albero motore è possibile aumentare il numero di rotori per asse, e di conseguenza la potenza disponibile. Vi assicuro che una cosa del genere su un comune motore a pistoni sarebbe ben più complessa. Valga come esempio su tutti la Mazda 787B, macchina dotata di un quadrirotore Wankel, vincitrice a Le Mans nel 1991, unica macchina nella storia di questa competizione a vincere con un motore non alternativo.

Se non la conoscete, e lei: (alzate il volume).

Se siete però appassionati di questo genere di motore vi consiglio di smettere ora di leggere l’ articolo perché, dopo aver elencato i suoi vantaggi, dobbiamo anche guardare l’altro lato della medaglia e affrontare i problemi. E ce ne sono, altrimenti non ci spiegheremmo come mai ad oggi le auto non sono tutte mosse da un rotativo. Innanzitutto uno dei problemi principali, anzi IL problema, riguarda i consumi eccessivi, sia di combustibile che di olio (e per eccessivi non intendo un po’ di più del normale; intendo proprio MOLTO, roba da 4-6 km con un litro). Mentre a garantire la tenuta di un motore a pistoni abbiamo almeno un raschiaolio e 2-3 fasce elastiche, in un Wankel a garantire la tenuta sono delle guarnizioni montate sugli spigoli del rotore che, essendo di piccole dimensioni, sono sottoposte ad un extra-lavoro non indifferente. Per cercare di garantire loro una vita più longeva nel motore Wankel la lubrificazione è a perdere, ciò significa che non dovete preoccuparvi se la vostra amata RX-7 mangia dell’ olio, anzi preoccupatevi quando non lo fa! Anche quando vengono lubrificate sono comunque soggette a rapida usura, quindi questi sono motori che vanno trattati coi guanti e a cui va fatta una manutenzione certosina.

La lubrificazione a perdere comporta anche il non rispetto delle sempre più stringenti (ed inutili, vedi Volkswagen) norme anti inquinamento. Mazda smise di produrre motori Wankel con l’ avvento dell’Euro 5, decretando l’ uscita dal mercato della RX-8.

In definitiva questo è un motore molto interessante dal punto di vista ingegneristico e resterà, secondo me, uno dei motori che verranno ricordati di più, complici anche tutte le altre componenti al top delle auto equipaggiate con questo motore. E il rumore che fa.

Ma, notizia fresca fresca delle ultime ore, non disperate; probabilmente non dovremmo rimpiangere RX-8 e, ancor di più, RX-7: sembra ormai da tempo che Mazda stia cercando di risolvere i problemi che affliggono questi motori: affidabilità e consumi (leggi emissioni) eccessivi. E infatti recente la notizia che riporta il deposito da parte di Mazda di un brevetto per un motore denominato SkyActiv-R in cui compare a dicitura “motore rotativo”. Quando vedremo debuttare in commercio una RX-9? Non aspettiamo altro!

ps. Per la scrittura di questo articolo e delle prossime pillole tecniche che arriveranno vorrei ringraziare Andrea, possessore di questa bellissima S2000, nonché quasi ingegnere meccanico e, perché no, un nuovo amico in questa avventura che è Rollingsteel.