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Some notes about Mazda RX-8 and its Wankel rotary combustion engine.
Da piccolo, a non più di sette o otto anni, vedendo lo schema di un motore a scoppio su un manuale di scuola guida, restai un po' perplesso quanto al numero di componenti e alla complessità.

Immaginai delle possibili alternative, e tracciai anche qualche piccolo schema (da qualche parte li conservo ancora), concependo - senza conoscerli!! solo molti anni dopo potrò dare un nome alle mie intuizioni! - il turbo, il motore a turbina (che è ben altro che il turbo!), il motore a reazione, e un motore ibrido molto simile al motore rotativo. Vedendo poi lo schema del cambio a quattro marce, ideai addirittura il cambio a variazione continua (CVT), le sospensioni intelligenti e diverse altre sciccherie che abbiamo visto nel mercato dell'auto solo assai recentemente.

Fra parentesi, motori rotativi erano stati pensati fin dal diciassettesimo secolo, da Ramelli prima, da Huygens e Keplero poi, e da Watt (ma a vapore) a metà del Settecento. Il ciclo Otto è solo del 1876.
Fra parentesi, c'è anche una versione "mista" a pistoni: il motore Orzi, a cui vi consiglio di dare un'occhiatina.

Cominciamo innanzitutto col riconoscere che il motore a pistoni (il benzina o Diesel della quasi totalità delle automobili dalla loro invenzione ad oggi) è una macchina complessa:

Ma la cosa più curiosa dei motori a scoppio è che il pistone va su e giù in continuazione, ossia l'avere un movimento "lineare" implica che durante i quattro tempi ha dei "punti morti", degli istanti (sia pure brevissimi) in cui il pistone è "fermo" e sta per "cambiare direzione".

Ciò produce, oltre che il canonico rumore brum-brum durante il funzionamento, anche una discreta quantità di vibrazioni che generalmente si è costretti a tentare almeno di attenuare mettendo in serie più pistoni e, possibilmente, i cilindri contrapposti.

Per un noto teorema di meccanica razionale, ci vogliono dodici cilindri (o un multiplo di dodici) perché il motore vibri davvero poco. La soluzione meno costosa è il sottomultiplo esatto di dodici, cioè quattro o sei cilindri (con tre o cinque occorreranno altri trucchetti). Recentemente, solo una grossa casa automobilistica ha provato a tirar fuori un motore a diciotto cilindri.

Per quale motivo non hanno preso piede motori di tipo diverso? Solo in tempi recenti, e solo per le forti pressioni sulle case automobilistiche quanto all'inquinamento e ai consumi, si è giunti a progettare e realizzare - ma non su vastissima scala - motori che non siano motori a scoppio a pistoni. Del resto, per una qualsiasi azienda, commercialmente conviene più migliorare l'esistente che creare qualcosa di assolutamente nuovo. Mentre il classico motore a pistoni ha conosciuto un successo interminabile e un'infinità di miglioramenti, i motori a scoppio alternativi, come quello rotativo progettato da Felix Wankel (il primo brevetto è del 1936), rimasto pressoché nell'ombra per mezzo secolo ed oltre, guadagnavano poco più che una curiosità passeggera.

Gherardo mi scrive per precisare che... la vera "chiave" della diminuizione dei consumi e delle emissioni nocive del Renesis è stata quella di spostare le luci di ammissione e scarico: non sono più perimetrali ma laterali. Ciò ha consentito di evitare una sovrapposizione di fase (gas freschi che entrano mentre ancora non sono stati del tutto espulsi i gas combusti) che prima era in qualche modo presente, e che appunto generava maggiore consumo e maggiori emissioni (parte dei gas combusti si mischiavano con la miscela "fresca").


Cos'è il motore rotativo? L'idea è quella di convogliare in un percorso approssimativamente circolare i quattro tempi del "ciclo Otto" dei motori a scoppio. Immaginiamo un anello di alcuni centimetri di diametro, e facciamolo ruotare attorno a un dito, agitando su e giù il dito. Facile, vero? Il motore Wankel funziona allo stesso modo, con l'unica differenza che è l'anello esterno (il rotore) ad indurre il moto del dito (che ci rappresenta nella realtà l'albero motore). Il "triangolone" qui a sinistra ruota a seguito dello scoppio e scarica energia meccanica sull'albero rotore al centro.

Schema funzionamento motore Wankel Diversi progetti vengono definiti "motore rotativo", ma quello di Wankel è certamente il caposcuola, ed è l'unico che è andato assai al di là della sperimentazione. Felix Wankel (1902-1988) realizzò il prototipo definitivo nell'estate del 1958 per la tedesca NSU; dal 1960 al '63 si concretizzava l'accordo con la giapponese Mazda, ed appena quattro anni dopo quest'ultima commercializzava la sua prima auto con motore rotativo (la Cosmo Sports, antesignana della Rx-8 di oggi), vendendone in dieci anni un milione di pezzi, principalmente in Giappone e negli USA.

Rispetto ai motori a pistoni, il principale vantaggio del motore rotativo Wankel sta nel fatto che quest'ultimo ha solo DUE parti in movimento.

Il "cilindro" del motore Wankel (più propriamente, lo statore) è in effetti un cilindro ovale (un trocoide) che ospita un rotore di forma approssimativamente triangolare, la cui rotazione produce continuamente tre "camere"; allargandole e restringendole durante il moto, crea la parte "piatta" del rotore, creando così la compressione per lo scoppio. Il rotore mantiene separate le tre camere "strisciando" sulla parte interna dello statore e muovendo direttamente l'albero motore che sta al suo centro. Non ci sono valvole, albero a camme, cinghie, etc, e - ad eccezione degli attriti dovuti allo strisciamento - tutta la potenza prodotta è scaricata sull'albero motore.

Col movimento del rotore nello statore, le tre "camere", solidali con i tre lati del rotore ma limitate dalla forma dello statore, cambiano posizione e volume: idealmente, sarebbe come avere tre cilindri senza il limite del loro movimento lineare e della loro complessità meccanica!

Felix Wankel (1902-1988) Dunque il motore Wankel è assai più leggero di un equivalente a benzina, più affidabile (perché più semplice, perché ha meno parti in movimento: e "ciò che non c'è, non si rompe"!), con assai meno vibrazioni (perché il moto è circolare anziché lineare, perché girano solo rotore e albero motore!), con una risposta migliore (perché non soggetta al sistema delle valvole), meno inquinante (perché la combustione è più "fredda" e quindi rilascia una quantità minore di NOx) e perfino più silenzioso!

Fra l'altro la separazione tra la camera di combustione rispetto all'area di aspirazione permette l'utilizzo dell'idrogeno e di altri combustibili (c'è addirittura un brevetto per un motore rotativo che può utilizzare indifferentemente diversi tipi di carburante).

Il suo tallone di Achille è negli angoli del rotore, che sono in continuo strisciamento sulle pareti dello statore, e che richiedono adeguato raffreddamento e lubrificazione, ma ripeto che siamo appena agli inizi di una tecnologia promettentissima e sulla quale è stato investito ancora troppo poco.

Il cavallo di battaglia di chi detesta il motore rotativo sarebbe la sua presunta "scarsa durata". Ho notizia di motori rotativi che vengono rifatti dopo i 150-200mila km... e al costo di un migliaio di euro (un motore semplice non ha un costo complicato!).

Infatti, ad eccezione dei tentativi fatti dagli anni cinquanta ad oggi, con la Ro-80 della NSU, la GS-Birotor della Citroen, e addirittura la motocicletta Norton Commando (taluni scrivono "Norton Commander", ma non ha niente a che vedere col software omonimo; peraltro la moto è dei primissimi anni settanta), attualmente solo la Mazda ha insistito a sufficienza fino ad arrivare alla produzione in serie.

Trent'anni fa, mentre io mi dilettavo a disegnare soluzioni alternative come sopra ricordato, la giapponese Mazda, dopo dieci anni di sperimentazioni, lanciava nel 1977 la RX-7 con motore rotativo Wankel, dimostrando la serissima alternativa ai motori a scoppio (in seguito, la seconda generazione di RX-7 avrà addirittura il turbo, e la terza generazione sarà biturbo con catalizzatore a norme Euro1). Non sono rare le foto delle Mazda da gara con motore rotativo che tranquillamente "impennano" per l'enorme coppia (altro che il NOS e certi recenti filmetti imbecilli)!

Dopo una prestigiosa vittoria alla 24 ore di Le Mans nel 1991 (con la versione 787B, un mostro con quattro statori Wankel per un totale di 2622cc, che sputava fuori 522kW a 9000rpm!!), il progetto fu lasciato lentamente cadere perché stupidamente non si volle investire a sufficienza sulla ricerca contro l'inquinamento e i consumi. Dico "stupidamente" perché, quando il progetto è stato miracolosamente ripreso, con poche modifiche (leghe leggere e compositi in cromo-molibdeno, uso di ceramiche negli scarichi, iniezione computerizzata, etc) il motore rotativo si è dimostrato poco inquinante al pari dei migliori equivalenti a pistoni (la RX-8 supera comodamente e abbondantemente gli standard richiesti dalla severa normativa Euro4).

La Mazda RX-8 monta un motore Wankel da 1308cc e, in meno spazio di un motore di una piccola utilitaria, tira fuori la bellezza di 231 cavalli (174 kW) a 8500 giri (la "linea rossa" è a 9000 giri, mentre il cut-off è a 9500 giri).

Questo motore, dall'altisonante (e meritatissimo) nome Renesis (da rotary engine genesis) non fa "brum-brum", ma fa un delizioso rombo tipo "brrrrzzzZZZZZ!!!!" e sale in brevissimo tempo fino a novemila giri senza il minimo strappo! Ha vinto diversi premi internazionali come "miglior motore dell'anno".

Alcune caratteristiche tecniche della RX-8:

Sul sito giapponese Mazda, nella sezione "RX8 MZ_Tune" è possibile acquistare tutta una serie di modifiche per l'uso da competizione (freni, pasticche, sospensioni, radiatore, marmitta e scarico, etc). Chi ha giocato ai vari "Gran Turismo" sulla Playstation ne ha già provato l'ebbrezza virtuale...
Parentesi: in Giappone la vendono potenziata a 184kW (255hp)

La RX-8 ha dunque caratteristiche sportive di tutto rispetto, e la deliziosa "anomalia" di un motore tanto piccolo e leggero quanto potente e maneggevole. Questo ha fra le altre cose permesso ai progettisti della Mazda di bilanciare perfettamente il baricentro e il peso, equamente distribuito su entrambi gli assi, che rende questo gioiello di tecnologia ancora più gustoso.

La Mazda ha continuato a sviluppare la RX8, con nuovi modelli specifici per il mercato USA e inglese (dove se ne vendono di più); in Giappone, l'anno scorso, sono stati venduti i primi modelli a "doppia alimentazione" (idrogeno o benzina), che invaderanno il mercato dal 2008. Per il 2010 è prevista una nuova versione del motore Renesis, ancora più potente, con consumi ridotti del 15-25%, in versione anche a gasolio (e a norme Euro6).

Insomma, se non si fosse ancora capito, appena metto insieme i soldi me la compro, tradendo per la prima volta l'industria automobilistica italiana!!!


Supplemento urgente

Nel film X2: X-Men United si vede una RX-8.

Nel cretinissimo film Fast and Furious Tokyo Drift la scemotta Neela guida una RX-8 modificata (orrore!) e di colore blu (obbrobrio! irriconoscibile!)

Si vedono auto molto simili alla RX-8 anche in Ghost in the Shell: Stand Alone Complex.


Piccola aggiunta per quanti amano criticare ciò che non conoscono...

Prima di criticare il motore rotativo è bene che ricordiate che i primi motori a pistoni avevano esattamente gli stessi difetti di cui si accusa il rotativo oggi...!

Ripensiamo un attimo a quanti anni sono passati prima di vedere (per esempio) la produzione in serie di auto a GPL... Non sono tanto gli attriti, i consumi, l'inquinamento, da vincere, ma i pregiudizi...

Se poi si va a studiare un po' di storia, si scopre anche l'altro Wankel (quello da venticinquemila giri al minuto al banco di prova, con tre parti in movimento anziché due), abbandonato a causa del fatto che per sostituire le candele occorre smontare l'intero motore - cosa succederebbe se si trovasse una soluzione per questo piccolo problemino?

Per risolvere il fatidico inquinamento del Renesis, gli ingegneri della Mazda hanno semplicemente spostato le luci di scarico. Et voilà: un rotativo a norme Euro4.

Costa davvero tanto ammettere che i motori rotativi hanno una storia ancora tutta da scrivere?


Piccola aggiunta postuma: una cosa che mi sorprende è che nonostante gli studenti di ingegneria siano a conoscenza del Wankel e di varianti altrettanto "rotative", quando parlano di auto e di motori e qualcuno (il sottoscritto) gli nomina la RX-8, sembrano cascare dalle nuvole, come se il Wankel fosse un misero paragrafino di teoria su qualcosa che non sarebbe mai andato oltre la rubrica "Spigolature" della Settimana Enigmistica!!!


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Web www.alfonsomartone.itb.it

Il motore rotativo Wankel

Mazda RX-8

Mazda RX-8 vista di fianco

Mazda RX-8 vista di fronte

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