Comment fonctionne un moteur rotatif ?

Les moteurs rotatifs ou moteur wankel peuvent sembler appartenir à une époque révolue, et c’est généralement le cas. Autrefois considérés comme les moteurs les plus efficaces et les plus élégants, ils ont été remplacés par des moteurs à piston il y a plusieurs décennies, principalement pour des raisons de coût et d’environnement. Mais avec la nouvelle que Mazda développe un nouveau moteur rotatif pour ses modèles hybrides, ce type de moteur serait-il sur le point de faire son retour ?

Pour le savoir, nous examinons en détail les moteurs rotatifs, notamment leur fonctionnement, leurs avantages et les voitures qui fonctionnent avec ce type de moteur.

Qu’est-ce qu’un moteur rotatif ?

Un moteur rotatif est un type de moteur à combustion interne qui a été utilisé pour propulser toutes sortes de véhicules, des voitures et camions aux bateaux et avions. Les moteurs rotatifs existent depuis des décennies et ont été l’un des types de moteurs les plus utilisés jusque dans les années 1920.

Tout comme un moteur à piston classique, les moteurs wankel effectuent quatre tâches pour propulser un véhicule : admission, compression, combustion et échappement. Cependant, leur fonctionnement est complètement différent de celui des moteurs standard auxquels nous sommes habitués.

Alors, comment fonctionne un moteur rotatif ? Voici un aperçu, étape par étape, de ce à quoi ressemble le cycle de combustion d’un moteur rotatif :

Les étapes de fonctionnement d’un moteur wankel

• Admission : comme dans un moteur à piston standard, l’air est aspiré dans le moteur par une soupape d’admission, avant d’être poussé dans une chambre intérieure par l’orifice d’admission.
• Compression : un rotor de forme triangulaire situé à l’intérieur de la chambre crée trois joints étanches aux gaz ; ceux-ci font effectivement le même travail que les pistons d’un moteur normal. Lorsque le rotor tourne, sa forme unique signifie que ces trois volumes de gaz se dilatent et se contractent, aspirant davantage d’air et de carburant dans le système.
• Combustion : au pic de pression à l’intérieur de chacune des trois chambres à gaz, le mélange air-carburant s’enflamme, produisant une puissance qui est transférée à la chaîne cinématique par l’intermédiaire de l’arbre de sortie.
• Échappement : un orifice d’échappement situé dans le carter du moteur évacue les gaz, qui sont ensuite rejetés par un tuyau d’échappement standard.

Comme pour un moteur à pistons standard, la température des moteurs rotatifs est maintenue par le système de refroidissement, des passages de liquide de refroidissement tapissant l’enveloppe extérieure du carter de combustion. L’huile circule également dans des passages similaires, pour lubrifier les pièces mobiles du rotor, de l’arbre de sortie et des soupapes.

Les composants d’un moteur rotatif

Les moteurs rotatifs peuvent sembler compliqués, mais ils n’ont en fait pas autant de pièces mobiles et de composants qu’un moteur à piston. Nous examinons ci-dessous les composants essentiels d’un moteur rotatif pour vous donner une meilleure idée de son fonctionnement.

Rotor

Le rotor est un composant à trois faces concaves, conçues pour assurer une étanchéité aux gaz lorsqu’elles sont pressées contre le côté du boîtier. Sur chaque face du rotor se trouve une entrée ou une poche, qui permet d’augmenter le volume de gaz à l’intérieur du carter, augmentant ainsi la vitesse de déplacement du moteur.

Le rotor tourne sur un couple d’engrenages fixés à un arbre situé au centre du carter. Ces engrenages lui permettent de tourner de manière à ce que le bord de chaque côté du rotor soit toujours en contact avec le carter, maintenant ainsi trois poches de combustion individuelles. Pensez-y un peu comme à un spirographe, avec le rotor qui tourne de façon légèrement décalée.

Carter

Le carter est le corps principal d’un moteur rotatif. Sa forme ovale est conçue pour maximiser le déplacement du moteur tout en permettant au rotor de tourner avec ses bords en contact permanent avec la paroi intérieure du carter.

Lorsque le rotor tourne à l’intérieur du carter, chacune des poches de gaz passe par les quatre sections du cycle de combustion, de l’admission à la compression, de la combustion à l’échappement. Les bougies d’allumage et les injecteurs de carburant sont insérés directement à travers la paroi du boîtier, tandis que des canaux autour de l’extérieur font passer l’huile et le liquide de refroidissement dans le système, maintenant son intégrité et sa température.

Arbre de sortie

L’arbre de sortie transfère l’énergie générée par la compression et la combustion au groupe motopropulseur, donnant ainsi de la puissance aux roues. L’arbre lui-même est monté avec des lobes ronds, qui entrent en contact avec le rotor, faisant tourner l’arbre.

Les moteurs rotatifs présentent-ils des avantages pour les voitures ?

Les moteurs rotatifs sont rares, la plupart des constructeurs automobiles utilisant le moteur à piston conventionnel depuis les années 1920. La raison en est qu’ils sont considérés comme moins économiques que leurs homologues à piston, principalement parce qu’ils offrent un rendement thermodynamique inférieur en raison de la taille de la chambre de combustion et du faible taux de compression.

Cependant, le moteur rotatif offre certains avantages par rapport au moteur à piston, notamment :

• Doux et silencieux : l’action d’un moteur rotatif est plus douce que le mouvement des pistons, ce qui se traduit par une sensation plus silencieuse et plus raffinée sur la route. Les contrepoids situés à l’extérieur du carter rotatif sont conçus pour amortir les vibrations et contribuer à la douceur des performances.
• Moins de pièces mobiles : Les moteurs rotatifs ont moins de pièces mobiles que les moteurs conventionnels. Cela améliore non seulement la fiabilité, mais rend également la maintenance et l’entretien plus abordables à long terme.
• Mouvement interne plus lent : les moteurs à pistons nécessitent un mouvement rapide et intense de haut en bas pour créer le taux de compression nécessaire à la propulsion de la voiture. Cela signifie que leurs pièces internes sont soumises à une force extrême, ce qui peut entraîner une dégradation prématurée sans entretien régulier. Les moteurs rotatifs sont plus lents, avec un seul mouvement dans une seule direction, ce qui signifie que leurs pièces sont moins sollicitées, ce qui améliore la fiabilité à long terme.

Quelles sont les voitures dotées d’un moteur rotatif ?

Très peu de voitures modernes sont équipées d’un moteur rotatif. En raison des inconvénients liés à leur économie, ainsi que du coût relatif de leur fabrication, la plupart des constructeurs automobiles se sont contentés de moteurs à piston. Mais pas tous.

La marque automobile japonaise Mazda a expérimenté les voitures à moteur rotatif depuis les années 1960. Son premier succès a été le Cosmo Coupé de 1967, qui était réputé pour son moteur rotatif efficace et ultra-silencieux. Depuis lors, elle a développé une poignée d’autres modèles à moteur rotatif, dont la RX-7, la RX-8 et une version rotative de la Mazda 2, lancée en 2013.

Aujourd’hui, Mazda a annoncé son intention de construire un tout nouveau moteur rotatif, qui sera utilisé aux côtés d’un moteur électrique comme prolongateur d’autonomie pour ses véhicules hybrides électriques. La marque estime qu’un moteur rotatif est parfaitement adapté à une voiture hybride, car il offre des performances saines et fiables avec beaucoup plus de raffinement qu’un moteur à piston standard.

De plus, les moteurs rotatifs sont réputés pour fonctionner très bien avec les carburants de la prochaine génération, notamment l’hydrogène. La période d’admission d’air plus longue offerte par un moteur rotatif est très efficace pour mélanger l’air et le carburant, de sorte que de plus grandes quantités d’hydrogène peuvent être injectées pour obtenir le bon mélange air-carburant, améliorant ainsi l’efficacité et les performances.

Avec la nouvelle innovation de Mazda, il est possible que d’autres marques automobiles suivent pour aider à répondre à la législation sur les normes d’émission. Le moteur rotatif devrait avoir un nouveau look pour le 21e siècle.