Girando all'interno della carcassa con un particolare movimento orbitante, il rotore
forma tre camere, il cui volume varia ciclicamente: nelle tre camere si compiono
contemporaneamente tre cicli Otto a quattro tempi, sfasati tra loro di 120°. La fase di
aspirazione della miscela aria-benzina inizia quando il volume della camera in cui
sbocca il condotto di aspirazione incomincia ad aumentare, creando così una
depressione che richiama la miscela all'interno dello statore. Proseguendo nel suo
movimento, il rotore provoca una riduzione dello spazio compreso tra la sua parete e quella
dello statore, cosicché la miscela aspirata viene compressa. Quando la compressione ha
raggiunto il valore ottimale, scocca la scintilla attraverso gli elettrodi della candela; ha così
inizio la fase di combustione e, quindi, l'espansione dei gas; la conseguente pressione
agisce sul rotore costringendolo a proseguire nel suo moto rotatorio. Terminata la fase di
espansione, si ha un'altra riduzione di volume, questa volta in corrispondenza del condotto
di scarico; in questa fase i gas combusti vengono così spinti fuori dal motore. Il ciclo di
funzionamento del motore Wankel è uguale a quello di un classico motore alternativo a
pistoni, ma, avendo il rotore tre lati uguali, il processo avviene in modo sequenziale 3
volte a ogni giro del rotore stesso (corrispondente a 3 giri dell'albero motore), con un
notevole vantaggio ai fini della potenza erogata e della regolarità di funzionamento.
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