E il tentativo di pensionare i pistoni.

ESP, airbag multipli e intelligenti, connessioni di bordo in rete, ruote che comunicano la pressione di gonfiaggio al cellulare del proprietario dell'auto... e poi, antifurti e navigatori satellitari, radar per mantenere la distanza di sicurezza, cruise control adattivi, climatizzatori che analizzano la qualità dell'aria, sofisticati sistemi "Drive by Wire"... la tecnologia in auto non si ferma più. Ogni anno si può fare un ricco bilancio delle novità introdotte. Tra le tante, utilissime ai fini della sicurezza, ce n'è qualcuna nata con il principale intento di viziarci e di giustificare i rigonfiamenti dei listini.
In ogni caso, nonostante siano passati più di cento anni (e in barba a chi profetizzava per il Duemila vetture a levitazione magnetica spinte da turbine), gli unici componenti "intoccabili" sono le ruote e il motore. A pistoni. Se per le prime c'è ancora ben poco da fare, il motore a pistoni invece sembra resistere ai continui attacchi delle tecnologie alternative, tra cui un particolare tipo di motore a combustione interna: il motore Wankel.

LA STORIA

Felix Wankel era il tipico personaggio illuminato, uno di quelli che riesce a trasformare un'idea semplicissima in qualcosa di geniale. Il suo nome e buona parte vita sono indissolubilmente legati al particolare propulsore che brevettò.
Nato nel 1902 a Lahr, poco lontano dal confine svizzero-tedesco, fin da giovene Wankel dovette scontrarsi con le difficoltà economiche della propria famiglia. Rimasto orfano di padre, morto sul fronte della Prima Guerra Mondiale, dal '21 fu impiegato come addetto alle pubblicazioni scientifiche in una libreria universitaria ad Heidelberg. La depressione degli anni Venti, gli fece perdere il lavoro dopo pochi anni e, nel 1924, Wankel si aprì una propria libreria sempre ad Heidelberg. Nello stesso anno, rivedendo i progetti del motore rotatorio di Ramelli del 1588 e le evoluzioni che si sono succedute negli oltre tre secoli dall'idea originaria, ebbe il lampo di genio del motore rotatorio, che si concretizzò con un brevetto del 1927.
Ben presto iniziarono i contatti con i costruttori tedeschi, da cui nasceranno proficue collaborazioni, limitate però alla sola sperimentazione. La Seconda Guerra Mondiale bloccò gli studi che, appena terminato il conflitto, ripresero di gran lena.

Il rapporto più stretto Wankel lo strinse con la NSU che, successivamente, entrò in joint-venture con Citroën e Toyo Kogyo, ovvero la Mazda, i cui vertici rimasero affascinati dal motore rotativo in sperimentazione presso la NSU. Nel 1957, quindi, Felix fonda la Wankel Gmbh. per gestire commercialmente il brevetto. Interlocutore unico della Wankel Gmbh rimase la NSU con cui Citroën e Mazda strinsero di collaborazione tecnica senza essersi mai relazionate commercialmente con Felix Wankel.

La prima auto con motore rotativo fu la NSU Spider Wankel, prodotta tra il 1964 e il 1967. Cronologicamente, seguì alla scoperta tedesca la Mazda Cosmo Sport 110L. Quando, nel 1968, la NSU presentò la Ro80, berlina di prestigio, secondo modello propulso da un Wankel e ultima creazione con il marchio della Casa di Neckarsulm; la Mazda dava i natali ad una nutrita famiglia di vetture a motore rotativo, la cui discendenza arriva fino ai giorni nostri, con la bella coupè RX8. Riguardo alle Citroën, invece, il discorso è molto ristretto. Dopo la "strana" coupè M35, una sorta di AMI8 "tagliata", prodotta per sperimentalmente dal 1969 al '71, rispettivamente in 6, 212 e 49 unità; solo la GS Birotore ha avuto un minimo seguito commerciale. Tra il '74 e il '75 è stata prodotta e commercializzata in circa 870 esemplari. Era inoltre allo studio anche una CX Trimotore, mai realizzata industrialmente.
Alla produzione in serie (o pseudo tale) di NSU, Mazda e Citroën, si è affiancata negli anni una cospicua famiglia di motocicli, aerei e veicoli di ogni tipo, oltre all'attività di ricerca da parte di molti costruttori.
Tra il '62 e il 1970, la Mercedes Benz realizzò quasi una decina di prototipi tra cui le famose C111 a tre e quattro rotori (realizzate tra il 1969 e il 1970) e una 350 SL Quadrirotore utilizzata normalmente da Wankel stesso. Alla Mercedes si affiancò la GM, con i prototipi Chevrolet e la American Motors, che realizzò una versione rotativa della sua Pacer.

Grazie alla sua intuizione, Felix Wankel fu insignito della laurea ad honerem dall'Università di Monaco nel 1969, riuscì a vendere la propria azienda Wankel Gmbh nel 1971 per ben 26,3 milioni di dollari e nel 1987, un anno prima della sua morte, ottenne la cattedra in ingegneria.

LA TECNICA

Il segreto del Wankel sta nella sua semplicità: non ha parti in moto alternato e non ha organi della distribuzione che, inevitabilmente, contribuiscono a peggiorare il rendimento del classico motore a ciclo Otto.
Il Wankel è costituito da una camera di combustione (Statore) a sezione "pressoché" ovale con una strozzatura appena percettibile all'altezza della mezzeria. Tecnicamente, tale forma è detta epitrocoide: in pratica è molto simile a quella di un'arachide, una nocciolina, dalle curve un po' smussate. All'interno di questa camera ruota eccentricamente, perché calettato su un ingranaggio di tipo epicicloidale, il rotore, ovvero un blocco di metallo a sezione triangolare con i lati lievemente convessi (giusto per cercare altre analogie, è la forma del logo Lancia).

Siamo al cospetto di un motore a quattro tempi in cui le fasi avvengono nelle intercapedini che si creano tra statore e rotore, durante la rotazione di quest'ultimo (le immagini illustrano molto meglio delle parole). A differenza del propulsore a ciclo Otto (ma anche del Diesel) in cui la camera è unica per tutte le fasi, nel Wankel le camere sono tre (aspirazione, compressione/scoppio e scarico), ognuna di volume variabile e collocata in una precisa porzione dello statore. Solo la fase di compressione non ha una specifica camera, essendo generata dalla rotazione del rotore dalla camera di aspirazione verso quella di scoppio. Durante una sola rotazione del rotore, se da un lato avviene la compressione, contemporaneamente i gas combusti in precedenza si apprestano ad uscire dalla camera verso la luce di scarico, mentre il terzo lato del rotore è impegnato nella fase di aspirazione.

Il rendimento del Wankel è elevatissimo per due motivazioni.
La prima è facilmente intuibile: a differenza di un motore a pistoni, in cui la fase utile (ovvero quella in cui si genera energia) e solo quella di scoppio, mentre per tutto il resto della corsa il pistone consuma energia perchè trascinato dall'inerzia (nel caso dei monocilindrici) o dal lavoro degli altri pistoni, per ogni giro del rotore le fasi utili sono ben tre, una per ogni lato dello stesso.
La seconda motivazione risiede nell'assenza dei manovellismi presenti, invece, sui motori a pistoni e che contribuiscono al dispendio energetico. Il Wankel non ha bielle, non ha alberi a camme, né valvole. Ha il 40% di componenti in meno, e non ha parti in moto alternato: un bel vantaggio. Il motore rotativo è in grado di girare a regimi impensabili per altri propulsori, senza danni. E poi, rendimento elevato significa elevate potenze specifiche o, in altri termini, bassi consumi.

Perché, allora, nonostante queste caratteristiche geniali, il motore rotativo e rimasto sostanzialmente legato alla caparbietà della sola Mazda anziché essere diffuso capillarmente come sarebbe logico aspettarsi?
Senza scomodare motivazioni di ordine dietrologico, che vogliono i costruttori e i petrolieri riuniti in una sorta di lobby per limitarne la diffusione, scomoda sia per i primi (che avrebbero dovuto rivedere le metodologie di produzione dei propulsori) che per i secondi - tesi fantasiosa e, forse, infondata - effettivamente il motore di Felix Wankel ha due difetti intrinseci di difficile superamento: l'escursione termica tra il lato aspirazione / scarico e quello combusitione, diametralmente opposti e la tenuta dei segmenti, posti ai vertici del rotore.

I due problemi sono correlati tra loro e generano una serie di altri inconvenienti.
La differenza di temperatura tra i due lati dello statore è un grave handicap per il rotativo, dalla soluzione pressoché impossibile. In pratica il lato corrispondente alla camera di scoppio che, lo ribadiamo è dedicato solo alle fasi di compressione e combustione, raggiunge facilmente temperature nell'ordine dei 1000°C, mentre nel lato opposto, in cui ci sono le luci di aspirazione e di scarico, difficilmente si va oltre i 150°C. Le conseguenze di tale disequilibrio termico sono facilmente immaginabili, soprattutto relativamente alle sollecitazioni subite dai metalli. Un buon impianto di raffreddamento, ben dimensionato e dalla circolazione studiata accuratamente riesce a lenirne in qualche misura le conseguenze, senza però annullarle del tutto.
Il problema della tenuta dei segmenti, invece, è più semplice e, proprio per questo, abbastanza "fastidioso", in quanto legato essenzialmente alla resistenza all'usura dei materiali usati per gli stessi. Mentre in un normale pistone, i segmenti (volgarmente dette fasce elastiche) hanno un'usura pressoché costante, in quanto scorrono lungo un cilindro sempre con la medesima angolazione, nel Wankel i segmenti sono sottoposti ad un elevato stress meccanico a causa del movimento all'interno dello statore, che implica una variazione continua dell'angolo di incidenza degli stessi rispetto alle pareti delle camere. Inoltre, non possono godere dei vantaggi di una forma circolare, come i segmenti di un pistone, ottimale dal punto di vista della tenuta, e sono ulteriormente "mangiati" dal disequilibrio termico di cui si parlava precedentemente (ogni segmento transita migliaia di volte al minuto dal lato "rovente" a quello "freddo" dello statore).
La scarsa resistenza dei segmenti, poi, genera una serie di altri inconvenienti. La perdita di compressione e quindi il peggioramento del rendimento, è il più semplice da intuire, ma ce n'è un altro, più subdolo: l'inquinamento della miscela. Visto che la separazione tra le camere la fanno i segmenti stessi, è ovvio che un segmento usurato lasci filtrare, senza troppe remore, i gas combusti verso la camera di aspirazione, che è stretta tra la camera di scoppio e quella di scarico e riceve, quindi, aria "sporca" da entrambi i lati. Causando anche problemi di emissioni.
Questo è uno dei motivi per cui il Wankel è rimasto relegato alla sola combustione a benzina: un diesel avrebbe un rapporto di compressione troppo elevato, da essere insopportabile per i segmenti. L'unico Wankel diesel allo studio è stato disegnato dall'Università della W. Virginia ma non è ancora stato realizzato.

Il futuro? È difficile dire qualcosa al riguardo. Teoricamente il motore rotativo sarebbe adatto alla combustione dell'idrogeno, totalmente pulita, e per questo quasi esente da fenomeni di inquinamento dovuto all'usura dei segmenti, ma è troppo presto per parlarne. Certo, a ben pensarci, nonostante il continuo avanzare della tecnologia, con leghe sempre nuove, è un po' mortificante sapere che, per problemi che nessuno ha ancora risolto del tutto, siamo obbligati a relegare in un angolino il geniale Wankel...

Fotogallery: Il motore Wankel