Tipe Moteur Wankel Rotatif

alternatif et n’utilise pas le système bielle-manivelle qui génère le couple dans les moteurs que l’on connait. La cinématique du Wankel est en théorie beaucoup plus simple que celle du moteur alternatif, mais il n’a pas su s’imposer sur le marché de l’automobile et l’on expliquera dans quelle mesure il ne répondait finalement pas aux attentes du conducteur lambda.

Ce moteur est en premier lieu expérimenté par NSU lors de courses sur des motos. Les résultats étant encourageants, la firme poursuit le développement de son moteur et la NSU-Wankel Spider, toute première voiture à moteur rotatif, est présentée au salon de l’automobile de Francfort en 1963.

Elle sera produite entre 1964 et 1967 à 2375 exemplaires. Ce cabriolet, dont la cylindrée du mono rotor s’élève à seulement 500 cm3 (équivalent à 1L pour un moteur conventionnel puisque les 4 temps s’effectuent lors d’un tour de vilebrequin dans un Wankel contre 2 dans un moteur à cylindres), développe près de 50 chevaux à 6000 tr/min et peut rouler à la vitesse de 153 km/h. Mais la Spider, qui marque la rencontre entre le public et le moteur de Wankel, fait apparaitre d’ores et déjà les problèmes de couple, de consommation et de fiabilité propres à celui-ci.

Cette période est aussi celle du début de l’aventure de Mazda pour développer le moteur rotatif et devenir après quarante ans le seul promoteur de celui-ci. C’est Tsuneji Matsuda, président du groupe Toyo Kogyo (devenu Mazda) qui lance le développement de cette nouvelle motorisation en obtenant en juillet 1961 un contrat de coopération avec NSU. Comme cette dernière, Mazda doit faire face aux soucis d’étanchéité au niveau des apex et n’aura cesse d’essayer de diminuer ces fuites en réalisant de nombreuses études d’optimisation des matériaux utilisés et des moyens de lubrification malgré des coûts de développement très importants. La firme, toujours dans cette optique d’amélioration, commence alors dès le début à s’intéresser à la combinaison de plusieurs rotors (2,3 voire 4) pour pallier à la fluctuation trop importante du couple que connait le moteur de Wankel. Ces recherches aboutissent à la production par Mazda de la Cosmo Sports 110s qui apparait sur les routes en 1967. Équipée d’un birotor, elle sera la première voiture de série au monde propulsée par un moteur rotatif.

Sa production s’arrêtera en 1972 après la mise en circulation de 1519 de ces sportives qui développaient 110 ch.

On compte aujourd’hui, en France, très peu de voitures motorisées par un moteur rotatif, mais il fut un temps ou celui-ci intéressait grandement le constructeur français Citroën. L’expérience française du rotatif est en effet celle de la marque au chevron, qui, réputée à l’époque pour être novatrice et en avance sur ses concurrents en matière de technologie, verra en ce moteur de grandes qualités et des perspectives d’avenir prometteuses. Nait alors de cet intérêt une entente entre Citroën et NSU qui décident de développer ensemble un birotor au sein de leur filiale commune Comotor. Le projet aboutit et permet à Citroën, en France, et à NSU de dévoiler au public leur modèle respectif à birotor dans les années 1970. Ainsi, dans un premier temps, quelques privilégiés se voient offrir par Citroën la chance de tester la M35. Ce mono rotor de 995 cm3 est un prototype expérimental dont ne sera produit que quelques centaines d’exemplaires puisqu’il est destiné à préparer la sortie d’une autre voiture : la GS birotor.

Celle-ci sera proposée à la vente dès 1973, mais n’obtiendra cependant jamais le succès escompté tant les choix qu’a faits Citroën en matière d’équipements sont improbables et que le contexte pétrolier est défavorable. En effet, alors que le monde vit ses premières crises pétrolières, le constructeur français décide d’équiper la GS d’une boite de vitesse automatique « à convertisseur » qui diminue les performances de la voiture tout en augmentant sa consommation. La circonspection des clients potentiels que connait la GS provient aussi du fait que Citroën ait choisi d’associer un moteur haut de gamme à une voiture populaire. Le prix de la GS est en effet pratiquement celui d’une DS alors qu’elle est moins réputée et d’une gamme inférieure. La concurrence est donc très dure pour cette voiture qui doit même affronter les autres modèles de la marque. 874 exemplaires seront produits avant l’arrêt définitif de la production en 1975. Cet échec cuisant sera aussi instigateur du désintérêt des constructeurs français pour le moteur rotatif.

Si Mazda reste aujourd’hui le seul constructeur à croire en l’avenir du rotatif et à continuer sa production, d’autres, dont certains très prestigieux s’y sont essayé. Mercedes, Audi et même Rolls Royce se sont penchés eux aussi sur cette technologie et ont tous construit leurs propres prototypes (telle la C11 de Mercedes).

Les attraits du moteur rotatif sont en conclusion indéniables. Preuve s’il en est, la victoire en 1991 aux mans de la Mazda 787B propulsée par un quadri rotor, consacre et récompense la persévérance du constructeur qui, depuis la sortie de la RX-2, collectionne des prix (meilleur moteur de l’année, meilleure voiture de l’année …etc.) notamment en 2003 et 2004 où la RX-8 et son moteur RENESIS remporte le concours de l’année du meilleur moteur dans trois catégories comme l’avait fait la RX-7 en son temps.

À partir de cela, nous essayerons de comprendre pourquoi le moteur rotatif est resté marginal dans la production automobile mondiale alors qu’il offrait d’énormes avantages comparés au moteur conventionnel. Prenant peu de place, comportant beaucoup moins de pièces, n’engendrant que très peu de vibration et ayant un équilibrage presque parfait, nous verrons que son rendement est pourtant inférieur à celui d’un moteur à pistons. Le rendement maximum qui dépend entre autres de la combustion, des pertes liées aux frottements et au taux de compression n’atteint que 30% environ pour le Wankel alors qu’il est en moyenne de 35% pour un moteur usuel à allumage commandé et de 45% pour un moteur diesel.

I. Le moteur de WANKEL

1) Principaux organes du moteur rotatif

Carter central

Le carter central est la pièce de base du moteur rotatif, il est fait à partir d’un alliage d’aluminium coulé. La surface intérieure est une sorte d’ovale évidé appelé épitrochoïde à deux nœuds. Le carter possède des bougies et une lumière d’échappement. L’équivalent de ce carter sur un moteur conventionnel serait les cylindres et la culasse.

Bougies

Courbe épitrochoïdale

Les joints situés à l’extrémité du rotor, les apex, glissent sur la surface du carter. Celle-ci est recouverte d’un revêtement en chrome dur, afin d’augmenter sa résistance à l’usure.

Lumière d’échappement

Dans l’épaisseur du carter, on remarque plusieurs sortes de trous. Ceux de forme rectangulaire sont pour la circulation de liquide de refroidissement, tandis que ceux de forme circulaire servent à recevoir des boulons pour fixer le carter central aux autres demi-carters.

Rotor

Le rotor correspond au piston sur un moteur classique, il est fait à partir d’une fonte spéciale. Il a la forme d’un triangle de Reuleaux (forme triangulaire issu de l’intersection de trois cercles). Comme sur les segments d’un piston, le rotor possède des joints situés aux extrémités du triangle afin d’assurer une étanchéité des gaz entre les chambres de combustion. Il est également muni de joint d’étanchéité pour l’huile, afin d’éviter qu’elle ne pénètre dans les chambres. Pour régulariser les taux de compressions dans les chambres, le rotor possède des cavités internes nommées chambres baignoire. Au centre du rotor, il y a un engrenage qui s’engrène sur l’engrenage fixe monté sur le carter latéral. Il permet ainsi un bon guidage du rotor dans le carter central. Un coussinet de rotor est monté sous pression et goupillé dans la section centrale du rotor. Il permettra ainsi de recevoir l’excentrique qui supporte le rotor. Quand le rotor est monté dans le carter, trois chambres sont alors formées, on retrouve alors les chambres de combustion, constitué de la paroi interne du carter centrale et la paroi externe du rotor.

Gorge de segments d’apex

Gorge de segments d’angle

Gorge de joint d’étanchéité à l’huile

Chambre baignoire

Coussinet rotor

Engrenage intérieur

Rotor

Carters latéraux

Les trois chambres formées par le rotor et le carter central doivent être fermées des deux côtés pour assurer une bonne étanchéité. Ces éléments sont appelés carters latéraux. Ils sont comme le carter central, équivalent aux cylindres et à la culasse d’un moteur conventionnel.

Pour le mono-rotor, deux carters latéraux sont nécessaires, un avant, et un arrière. Les parois face au carter central sont planes et traitées pour permettre le glissement des côtés