MOTORE 2T vs WANKEL: SFIDA DI MECCANICA ED EFFICIENZA

TKART Staff

31 Luglio 2018

Fin dall’invenzione del motore a scoppio il meccanismo di funzionamento vincente è quello biella-manovella. Nel tempo, però, sono state provate altre soluzioni, come i motori rotativi e, in particolare, il Wankel, usato anche nel kart. Un'affascinante sfida meccanica che, almeno sulla carta, vale la pena raccontare

COS'È

COME FUNZIONA

IN PRATICA

La quasi totalità dei motori a scoppio in commercio funziona con cinematismo biella-manovella, il cui moto è trasmesso da uno o più pistoni cilindrici. Si tratta di un sistema che, grazie alla sua semplicità costruttiva e affidabilità, è rimasto sostanzialmente invariato dall'invenzione del motore a scoppio (seconda metà del 1800) a oggi.
Nel karting, in particolare, è il motore a ciclo otto a 2 tempi a farla da padrone, forte di una grande semplicità, un’elevata potenza specifica e bassi costi di gestione. Tuttavia (il discorso vale anche per il motore 4T) il sistema biella – manovella presenta anche degli svantaggi, come la presenza di elevate forze d'inerzia sviluppate nel moto rettilineo alternato del pistone, con conseguente perdita di potenza per attrito. Ecco, allora, che nel corso del tempo sono nate

diverse idee per sostituire il moto alternato con un moto rotativo diretto, escludendo i dannosi punti morti di inversione del pistone. Il motore rotativo per eccellenza è il motore Wankel, inventato dal tedesco Felix Wankel nella prima metà del Novecento. I primi motori Wankel furono sviluppati e prodotti dalla casa automobilistica tedesca NSU, ma diversi problemi tecnologici ne minarono il successo. Successivamente fu la Mazda a portarne avanti lo sviluppo, arrivando a commercializzare modelli di auto con motore aspirato e turbo.

Altre case, invece, hanno sviluppato motori Wankel di cilindrate contenute per specifici settori. Come per esempio il kart, nel quale si è cimentata, in particolare, la Italsistem.

Il Wankel è un motore 4 T in cui la rotazione di un rotore, contenuto in uno statore, mette in movimento l’albero motore

Schema essenziale del funzionamento di un motore rotativo Wankel

COS'È

COME FUNZIONA

IN PRATICA

STATORE

Lo statore è il “basamento” del motore Wankel. La sua forma è quella di un'epitrocoide, ovvero una curva generata dal rotolamento di una circonferenza generatrice su di un'altra circonferenza fissa

ROTORE

Elemento che ruota all’interno dello statore. La sua forma è sviluppata su curve che avvolgono un triangolo equilatero, dove tutti i punti del contorno sono equidistanti dal vertice opposto

FASI

Le 4 fasi di funzionamento di un motore Wankel: aspirazione, compressione, scoppio con successiva espansione, scarico

CILINDRATA

La cilindrata unitaria è data dalla differenza tra i due valori di massimo e di minimo della camera. Senza entrare troppo nel dettaglio, quella riportata qui sopra è la formula geometrica: dove S = spessore del rotore; i = interasse tra il centro del rotore e il centro dell'albero motore; R= raggio del rotore (distanza tra il centro e il vertice)

Il Wankel è un motore 4 tempi con la particolarità di avere uno o più rotori che ruotano e mettono a loro volta in rotazione un albero motore, il tutto contenuto in uno statore, o più. Quest’ultimo è una sorta di basamento a forma epitrocoide, al cui centro si trova, fissato sul coperchio laterale, un ingranaggio fisso che agisce sulla dentatura interna presente nel rotore, elemento con tre lati convessi che funge da “pistone rotante“. Il rapporto di dentatura è 1,5 : 1. Sempre centralmente, nel rotore, c’è una sede di dimensioni generose dove viene calettata una bronzina. Nella bronzina ruota un eccentrico di un albero motore, il quale, insieme alla dentatura, definisce il moto del rotore facendo sì che i tre vertici con le relative tenute tocchino sempre la superficie dello statore, isolando tre camere a volume variabile. L’albero ad eccentrico è supportato da bronzine montate nei coperchi laterali. La spinta del rotore sull’eccentrico, grazie al braccio di leva sull’albero (cioè all’eccentricità), genera la coppia motrice sull’albero motore.

COS'È

COME FUNZIONA

IN PRATICA

Il motore Wankel, quindi, è un motore 4T le cui 4 fasi sono paragonabili a quelle di un motore a pistoni di tipo tradizionale, ma con la particolarità che l'albero motore (per un monorotore) a ogni giro riceve una fase di scoppio. Il rotore, invece, esegue 1 giro completo rispetto al centro ogni 3 rotazioni dell'albero motore. In altre parole: il rotore passa 3 volte nella "zona candele" ogni 3 giri dell'albero motore (quindi si ripetono le 3 fasi di scoppio). Risultato: uno scoppio per ogni giro dell'albero motore. Come se fosse un motore 2 tempi!
La cilindrata totale del Wankel si ottiene per confronto con un motore analogo a 4 tempi a pistoni tradizionali. Se, come abbiamo detto, in un motore Wankel la cilindrata unitaria compie un ciclo di 4 fasi completo ogni giro dell'albero motore, paragonandolo con un motore tradizionale la stessa cosa succede in un bicilindrico a 4 tempi con uguale cilindrata unitaria (ovvero, si vuole paragonare sempre uno scoppio

ogni giro dell'albero motore). Per equivalenza, risulta che la cilindrata totale di un Wankel corrisponde alla cilindrata unitaria moltiplicata per due, cioè, in questo caso, come fosse un bicilindrico 4T. Oppure, facendo un ulteriore confronto, come fosse un monocilindrico 2T di pari cilindrata unitaria.
Il motore Wankel, tuttavia, rispetto ai motori tradizionali a pistoni ha camere di combustione di pessimo rendimento. Questo è il principale motivo per il quale è un motore che difficilmente vedrà sviluppi futuri degni di nota. La forma della camera di combustione, vista in sezione, è più o meno squadrata (in parte è ricavata anche sul rotore), mentre sappiamo che in una camera efficiente il rapporto tra la superficie e il volume della camera stessa dovrebbe essere il più basso possibile (il top sarebbe una forma sferica). Questa inefficienza comporta un maggior consumo di carburante e, quindi, maggior inquinamento ambientale.

LA CILINDRATA UNITARIA È DATA DALLA DIFFERENZA TRA I DUE VALORI DI MASSIMO E DI MINIMO DELLA CAMERA

Nell’immagine si vedono bene le 3 camere di combustione a volume variabile

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