Promesses non tenues du moteur Wankel

Tout au long de l'histoire des moteurs à combustion interne, il y a eu beaucoup d'évolutions, mais peu de révolutions. Parler de conceptions radicalement différentes conduit toujours à un seul nom - Wankel. Le moteur rotatif Wankel, notamment utilisé dans les automobiles par Mazda, existe depuis la fin des années 1950. Le rotatif Wankel est un exemple de conception qui a du sens sur le papier. Cependant, des problèmes pratiques l'entraînent à sous-performer dans le monde réel.

Le moteur de Felix Wankel a été conçu pendant un rêve. Dans ce document, Felix, 17 ans, conduisait sa voiture à un concert. À son arrivée, il s'est vanté auprès de ses amis que sa voiture utilisait un nouveau type de moteur - moitié turbine, moitié alternatif. « C'est mon invention ! dit-il à ses amis. Au réveil, Wankel s'est consacré à la construction de son moteur. Bien qu'il n'ait jamais reçu de diplôme officiel (ou de permis de conduire), Wankel était un ingénieur doué.

L'histoire mouvementée du jeune Wankel comprend l'appartenance à plusieurs groupes antisémites dans les années 1920. Il a également participé à la fondation du parti nazi. Ses opinions contradictoires sur la direction du parti conduisirent à son arrestation en 1933. Finalement libéré grâce à l'action d'Hitler lui-même, Wankel rejoignit les SS en 1940. La fin de la guerre vit Wankel passer plusieurs mois dans une prison française pour son implication en temps de guerre.

Les travaux sur le moteur ont repris en 1951 grâce au financement de NSU Motorenwerke AG. Le premier prototype fonctionnel a été produit en 1957. Surnommé le DKM 54, ce moteur avait un rotor et un carter qui tournaient sur des axes séparés. Le moteur était capable de grandes vitesses de rotation, jusqu'à 17 000 tr/min. L'entretien était un problème cependant. L'ensemble du moteur a dû être démonté juste pour remplacer les bougies d'allumage.

Inconnu de Wankel, Hanns Dieter Paschke a été appelé pour construire une version simplifiée. Son prototype s'appelait le KKM 57P. Cette conception beaucoup plus simple utilisait un boîtier fixe. Cela a plu à tout le monde sauf à Wankel qui a fait remarquer: "Vous avez transformé mon cheval de course en jument de charrue." La conception KKM a été rapidement adoptée et autorisée. Ce moteur est à la base du moteur rotatif moderne "Wankel".

Les moteurs à piston, principalement les cycles Otto et Diesel, sont les rois actuels de la montagne à combustion interne. Les moteurs à piston transforment l'énergie alternative (le mouvement de haut en bas des pistons) en énergie de rotation. Wankel va à l'encontre de tout cela. Un moteur Wankel simplifié ne comporte que deux pièces mobiles : le rotor et l'arbre excentrique.

Le rotor est en forme de triangle, mais les côtés s'inclinent. De nombreux rotors utilisent également des faces creuses pour augmenter le volume de la chambre de combustion. Le rotor tourne dans un boîtier en forme d'épitrochoïde à peu près ovale. Le rotor ne fait pas que tourner, il orbite sur un arbre excentrique qui est analogue au vilebrequin d'un moteur à piston. Un engrenage fixe monté sur le carter du moteur s'engrène avec une couronne dentée sur le rotor. L'engrenage garantit que le rotor tourne ⅓ de tour pour chaque tour de l'arbre excentrique.

Les pointes (ou sommets) du rotor créent trois chambres à l'intérieur du boîtier. Ces chambres se déplacent avec la rotation du rotor. Le carburant et l'air sont aspirés par l'orifice d'admission, comprimés contre le côté étroit du boîtier, enflammés par les bougies d'allumage. Les gaz en expansion poussent le rotor à travers la course motrice jusqu'à ce que l'apex passe l'orifice d'échappement, ce qui permet aux gaz épuisés de s'échapper.

L'animation montre le processus pour un visage. Le génie du moteur Wankel est que le processus se déroule sur les trois faces en parallèle. En effet, le moteur a canalisé le processus de combustion. Il serait juste de dire qu'un moteur Wankel à rotor unique est analogue à un moteur à pistons à trois cylindres.

Il y avait de nombreux licenciés pour le moteur Wankel. Presque tous les grands fabricants ont passé du temps à rechercher le concept. GM a créé un prototype à deux rotors. Rolls Royce a créé un modèle à deux étages avec des rotors basse et haute pression. Quelques entreprises ont mis le Wankel en production. Curtis Wright a construit des moteurs d'avion, Sachs a produit de petits moteurs refroidis par air pour tout, des scies à chaîne aux motoneiges. Norton a créé plusieurs motos en utilisant le design. Cependant, le seul grand constructeur travaillant encore sur les moteurs Wankel pour voitures est Mazda. La série de voitures de sport RX est synonyme de moteurs rotatifs Wankel depuis des décennies. Le dernier modèle était le RX-8, abandonné en 2011. Mazda n'a cependant pas abandonné le Wankel, avec des concept-cars tels que le RX-Vision comme preuve de leurs recherches continues.

Alors pourquoi ne conduisons-nous pas tous des voitures à moteur Wankel ? Le problème réside dans les pièges de la conception.

L'économie de carburant : La chambre de combustion du Wankel est longue, fine et se déplace avec le rotor. Cela provoque une combustion lente du carburant. Les moteurs tentent de lutter contre cela en utilisant des bougies d'allumage jumelles (avant et arrière). Même avec les deux bougies, la combustion est souvent incomplète, ce qui entraîne le déversement de carburant brut par l'orifice d'échappement. Le petit moteur à deux rotors de 1,3 litre et 232 chevaux de la Mazda RX-8 2011 est moins économe en carburant (16 villes / 23 autoroutes) que le moteur V8 de 6,2 litres et 455 chevaux utilisé dans la Corvette Stingray 2015 (17 villes / 29 autoroutes).

Émissions : Le carburant non brûlé, ainsi que l'huile brûlée (décrit ci-dessous) entraînent tous deux de terribles émissions des moteurs Wankel. Les problèmes d'émissions sont l'une des nombreuses raisons pour lesquelles le RX-8 a été retiré de la production.

Scellage : Les rotors utilisent des joints sur les faces, des joints autour de l'orifice central et, surtout, des joints d'apex. Le joint d'apex chevauche la paroi du boîtier, scellant chacune des trois chambres formées par le rotor. Les joints d'apex sont soumis à des contraintes thermiques et de pression extrêmes lorsqu'ils se déplacent autour du carter du moteur. Les joints d'apex défaillants sont la principale cause d'arrêt des moteurs rotatifs pour révision. YouTube est jonché de vidéos montrant le processus de révision rotative.

Tout comme les segments de piston, ces joints doivent être lubrifiés. Cependant, en raison de la conception du moteur rotatif, il n'y a aucun moyen de garder l'huile lubrifiant les joints hors de la chambre de combustion. Les moteurs Mazda comprennent une pompe d'injection qui pousse de petites quantités d'huile directement dans le carter du moteur, ainsi que dans l'admission d'air. Cette huile est finalement brûlée, ce qui entraîne une augmentation du carbone et des émissions pendant la durée de vie des moteurs.

Intervalle de révision : Les moteurs rotatifs en général ne durent pas aussi longtemps que les moteurs à pistons. Comme expliqué avec éloquence par Regular Car Reviews, le principal problème concerne les joints. Parcourir Mazda et les forums rotatifs montre que les gens reconstruisent entre 50 000 et 100 000 milles. Cependant, tout cela doit être pris avec un grain de sel. Les RX-7 et 8 sont après tout des voitures de sport. Alors que certaines personnes les traitent avec précaution, beaucoup de gens conduisent ces voitures avec acharnement. Les pièces de performance du marché secondaire comme les turbocompresseurs auront également un impact négatif sur la fiabilité du moteur.

L'histoire du Rotary Wankel n'est pas complètement sombre. Les moteurs rotatifs présentent certains avantages. Comme mentionné ci-dessus, les moteurs rotatifs créent plus de puissance (bien qu'à un couple inférieur) que les moteurs à pistons équivalents. Ils sont également plus fiables à court terme. Avec moins de pièces mobiles, il y a tout simplement moins à casser. Les moteurs rotatifs ont également tendance à échouer gracieusement. Avec des joints d'apex défaillants, les moteurs rotatifs perdent de la puissance, mais vous ramèneront toujours à la maison. Les moteurs à piston ont tendance à tomber en panne de manière catastrophique, faisant des trous dans les blocs moteurs, pulvérisant de l'huile et des pièces partout. Les moteurs rotatifs fonctionnent bien sur les circuits, c'est-à-dire lorsqu'ils sont autorisés. De nombreuses classes de course (notamment F1) ont interdit les moteurs rotatifs. Parmi celles autorisées, la plus notable est la Mazda 787B, qui a remporté les 24 heures du Mans en 1991.

Quel avenir pour le moteur rotatif Wankel ? Très probablement plus de la même chose. Mazda continuera à prendre en charge le moteur et il continuera à être utilisé dans certains domaines de niche. Cependant, il faudrait une avancée majeure dans les matériaux et la conception pour corriger tous les problèmes qui ont jusqu'à présent relégué le moteur Wankel à une note de bas de page dans l'histoire de la combustion interne.