Moteur Wankel : dispositif, principe de fonctionnement

2024 Auteur: Erin Ralphs | [email protected]. Dernière modifié: 2024-02-19 15:44

Le moteur à combustion interne est une brillante invention de l'humanité. Grâce au moteur à combustion interne, les progrès techniques ont commencé à se développer de manière significative. Il existe plusieurs types de ces paramètres. Mais les plus célèbres sont la bielle et le piston et le piston rotatif. Ce dernier a été inventé par l'ingénieur allemand Wankel en collaboration avec W alter Freude. Cette unité de puissance a un dispositif et un principe de fonctionnement différents par rapport au moteur à combustion interne à piston à bielle classique. Quel est le principe de fonctionnement du moteur Wankel et pourquoi ce moteur à combustion interne n'est-il pas devenu si populaire ? Nous examinerons tout cela dans notre article d'aujourd'hui.

Caractéristique

Alors, c'est quoi ce moteur ? Il s'agit d'un moteur à combustion interne développé par Felix Wankel en 1957. La fonction du piston dans cette unité était assurée par un rotor à trois sommets. Il tournait à l'intérieur d'une cavité de forme spéciale.

Après un certain nombre de modèles expérimentaux de motos et de voitures qui ont eu lieu dans les années 70 du siècle dernier, la demande pour le moteur Wankel a considérablement diminué. Bien qu'aujourd'hui un certain nombre d'entreprises travaillent encore suramélioration de ce moteur. Ainsi, vous pouvez rencontrer le moteur Wankel sur la série Mazda PX. En outre, cette unité a trouvé son application dans la modélisation.

Moteur Wankel

Ce bloc d'alimentation se compose de plusieurs composants:

• Cas (stators).
• Chambres de combustion.
• Orifices d'entrée et de sortie.
• Pignon stationnaire.
• Roue dentée.
• Rotor.
• Vala.
• Bougies d'allumage.

Quel est le principe de fonctionnement du moteur Wankel ? Nous verrons cela ci-dessous.

Principe de fonctionnement

Cet ICE fonctionne comme suit. Le rotor, monté sur un arbre excentrique à travers des roulements, est entraîné par la force de la pression du gaz, qui s'est formée à la suite de la combustion du mélange air-carburant. Le rotor du moteur par rapport au stator à travers une paire d'engrenages. L'un d'eux (grand) est situé sur la surface intérieure du rotor. Le second (support) est plus petit et est solidement fixé au capot latéral du moteur. Grâce à l'interaction des engrenages, le rotor produit des mouvements circulaires excentriques. Ainsi, ses bords sont en contact avec la surface intérieure de la chambre de combustion.

En conséquence, plusieurs chambres isolées de volume variable sont formées entre le carter du moteur et le rotor. Leur nombre est toujours de 3. Dans ces chambres, le processus de compression du mélange, sa combustion, la dilatation des gaz (qui exercent ensuite une pression sur la surface de travail du rotor) et leur élimination ont lieu. Par conséquentl'allumage du carburant, le rotor est entraîné, transférant le couple à l'arbre excentrique. Ce dernier est monté sur roulements puis transfère la puissance aux organes de transmission. Et alors seulement, le moment des forces du moteur Wankel va aux roues selon le schéma classique - via un entraînement par cardan et des arbres d'essieu jusqu'aux moyeux. Ainsi, plusieurs paires mécaniques travaillent simultanément dans un moteur rotatif. Le premier est responsable du mouvement du rotor et se compose de plusieurs engrenages. Le deuxième convertit le mouvement du rotor en tours de l'arbre excentrique.

Le rapport d'engrenage du stator (boîtier) et des engrenages est toujours stable et est de 3:2. Ainsi, le rotor a le temps de faire un tour complet de l'arbre de 120 degrés. À son tour, pour une révolution complète du rotor, un cycle de fonctionnement à quatre temps du moteur à combustion interne est effectué dans chacune des trois chambres formées par les faces.

Avantages

Quels sont les avantages de ce moteur à combustion interne ? Le moteur à piston rotatif Wankel a une conception plus simple que le moteur à tige de piston. Ainsi, le nombre de pièces qu'il contient est 40% inférieur à celui d'un moteur à combustion interne à quatre temps à pistons. Mais encore, il n'est pas possible de créer un moteur Wankel de vos propres mains sans équipement sophistiqué. Après tout, le rotor a une forme très complexe. Ceux qui ont essayé de fabriquer eux-mêmes un moteur Wankel fait maison ont subi de nombreux échecs.

Mais passons aux avantages. Dans la conception de l'unité rotative, il n'y a pas de vilebrequin, de mécanisme de distribution de gaz. De plus, il n'y a pas de bielles etpistons. Le mélange combustible pénètre dans la chambre par la fenêtre d'entrée, qui est ouverte par le bord du rotor. Et les gaz d'échappement à la fin du cycle de travail sont libérés du corps par l'orifice d'échappement. Encore une fois, le rôle de la soupape est ici joué par le bord du rotor lui-même. De plus, il n'y a pas d'arbre à cames dans la conception (dont plusieurs sont maintenant utilisés sur les unités de bielle). Le moteur à pistons rotatifs Wankel est similaire à un moteur à deux temps en termes de principe de fonctionnement du mécanisme de distribution de gaz.

Séparément, il convient de mentionner le système de lubrification. En fait, il est absent du moteur rotatif Wankel. Mais alors, comment fonctionnent les paires de friction ? C'est simple: de l'huile est ajoutée au mélange combustible lui-même (comme dans les moteurs de motos primitifs). Ainsi, la lubrification des pièces frottantes est réalisée par le mélange air-carburant lui-même. La conception n'a pas la pompe à huile familière à tout le monde, qui prend le lubrifiant du puisard et le pulvérise sous une pression spéciale.

Un autre avantage du moteur Wankel est sa légèreté et sa taille. Comme près de la moitié des pièces obligatoires dans les moteurs à pistons manquent ici, l'unité rotative est plus compacte et peut s'adapter à n'importe quel compartiment moteur. les dimensions compactes vous permettent d'utiliser l'espace du compartiment moteur de manière plus rationnelle, ainsi que de fournir une charge plus uniforme sur les essieux avant et arrière (après tout, dans les voitures équipées de moteurs conventionnels, plus de 70% de la charge tombe sur l'avant partie). Et en raison du faible poids, une grande stabilité est obtenue. Oui, le moteur aniveau de vibration minimum, ce qui a un effet positif sur le confort de la machine.

Le prochain avantage de cette unité est la puissance spécifique élevée, qui est obtenue à des vitesses d'arbre élevées. Cette fonctionnalité vous permet d'obtenir de bonnes caractéristiques techniques. C'est pourquoi le moteur Wankel est utilisé dans les voitures de sport Mazda. Le moteur tourne facilement jusqu'à sept mille tours ou plus. En même temps, il fournit beaucoup plus de couple et de puissance à un petit volume. Tout cela a un effet positif sur la dynamique d'accélération de la voiture. Par exemple, vous pouvez prendre la voiture "Mazda RX-8". Avec un volume de 1,3 litres, le moteur produit 210 chevaux.

Défauts de conception

Compte tenu du dispositif et du principe de fonctionnement du moteur rotatif Wankel, il convient de noter le principal défaut de conception. C'est la faible efficacité des joints d'étanchéité entre la chambre de combustion et le rotor. Ce dernier a une forme assez complexe, ce qui nécessite une étanchéité fiable non seulement le long des bords (dont il y en a quatre au total), mais également le long de la surface latérale (qui sont en contact avec le capot moteur). En même temps, ils sont fabriqués sous la forme de bandes d'acier à ressort avec un traitement particulièrement précis à la fois des extrémités et des surfaces de travail. Toutes les tolérances de dilatation pendant le chauffage, incorporées dans la conception, dégradent ces caractéristiques. De ce fait, il est impossible d'éviter la percée de gaz aux extrémités des plaques d'étanchéité. Dans les moteurs à pistons, l'effet labyrinthe est appliqué. Ainsi, la conception utilise trois bagues d'étanchéité avec des espaces dans différentes directions.

Mais il convient de noter que ces dernières années, la qualité des joints a augmenté. Les concepteurs ont amélioré le moteur Wankel en utilisant de nouveaux matériaux pour les joints. Mais encore, la percée de gaz est considérée comme le point le plus faible d'un moteur à combustion interne rotatif.

Consommation d'huile

Comme nous l'avons dit plus tôt, il n'y a pas de système de lubrification en tant que tel dans ce moteur. Du fait que l'huile pénètre avec le mélange combustible, sa consommation augmente considérablement. Et si sur les moteurs à bielle la perte naturelle de lubrifiant est exclue ou ne dépasse pas 100 grammes par mille kilomètres, alors sur les moteurs rotatifs ce paramètre varie de 0,4 à 1 litre par mille kilomètres. En effet, le système d'étanchéité complexe nécessite une lubrification plus efficace des surfaces. De plus, en raison de la forte consommation d'huile, ces moteurs ne peuvent pas répondre aux normes environnementales modernes. Les gaz d'échappement des voitures équipées d'un moteur Wankel contiennent de nombreuses substances dangereuses pour le corps et l'environnement.

De plus, le moteur rotatif ne pouvait fonctionner qu'avec des huiles de haute qualité et coûteuses. Cela est dû à plusieurs facteurs:

• Tendance des pièces en contact de la chambre du moteur et du rotor à une usure élevée.
• La tendance des paires de friction à surchauffer.

Autres problèmes

Des vidanges d'huile irrégulières menaçaient de réduire la durée de vie du moteur à combustion interne, car les particules de l'ancien lubrifiant agissaient comme un abrasif, augmentant les écarts et la probabilité de percée des gaz d'échappement dans la chambre. Cet appareil se coince également en cas de surchauffe. Et lorsque vous conduisez par temps froid,le refroidissement a peut-être été excessif.

Le RPD lui-même a une température de fonctionnement plus élevée que n'importe quel moteur à piston. La chambre de combustion est considérée comme la plus chargée. il a un petit volume. Et à cause de la forme allongée, la chambre est sujette à la détonation. En plus de l'huile, le moteur Wankel est exigeant sur la qualité des bougies. Ils sont installés par paires et modifiés strictement selon les réglementations techniques. Entre autres points, il convient de noter l'élasticité insuffisante du moteur rotatif. Ainsi, ces moteurs à combustion interne ne peuvent produire d'excellentes caractéristiques de vitesse et de puissance qu'à des vitesses de rotor élevées - de 6 à 10 ou plus par minute. Cette fonctionnalité oblige les concepteurs à affiner la conception des boîtes de vitesses, les rendant à plusieurs étages.

Un autre inconvénient est la consommation élevée de carburant. Par exemple, si vous prenez un moteur à pistons rotatifs Mazda RX-8 de 1,3 litre, selon les données du passeport, il consomme de 14 à 18 litres de carburant. De plus, seule l'essence à indice d'octane élevé est recommandée.

À propos de l'application de RPD dans l'industrie automobile

Ce moteur était le plus populaire à la fin des années 60 et au début des années 70 du siècle dernier. Le brevet Wankel RPD a été acquis par 11 grands constructeurs automobiles. Ainsi, la 67e année, NSU a développé la première voiture de classe affaires à moteur rotatif, appelée NSU RO 80. Ce modèle a été produit en série pendant 10 ans. Au total, plus de 37 000 exemplaires ont été publiés. La voiture était populaire, mais les défauts du moteur rotatif ont fini par ternir la réputation de cette voiture. Dans le contexte des autresModèles NSU, la berline NSU RO 80 était la moins fiable. Le kilométrage avant la révision n'était que de 50 000 avec les 100 déclarés.

En outre, la société Peugeot-Citroën, la société Mazda et l'usine VAZ ont expérimenté des moteurs rotatifs (nous parlerons de ce cas séparément ci-dessous). Les Japonais ont obtenu le plus grand succès en lançant une voiture de tourisme à moteur rotatif la 63e année. Pour le moment, les Japonais équipent toujours des RPD sur leurs voitures de sport de la série RX. À ce jour, ils sont exempts de nombreuses « maladies infantiles » inhérentes au RAP de l'époque.

Wankel RPD et l'industrie de la moto

Dans les années 70 et 80 du siècle dernier, certains constructeurs de motos ont expérimenté les moteurs rotatifs. Ce sont Hercule et Suzuki. Désormais, la production de masse de motos rotatives n'a été établie que chez Norton. Cette marque produit des motos sportives NRV588 équipées de moteurs à double rotor d'un volume total de 588 centimètres cubes. La puissance du vélo Norton est de 170 chevaux. avec un poids à vide de 130 kilogrammes, cette moto a d'excellentes performances dynamiques. De plus, ces RPD sont équipés d'un système d'injection électronique de carburant et d'un conduit d'admission variable.

Faits intéressants

Ces unités de puissance sont largement utilisées par les modélisateurs d'avions. Puisqu'il n'y a aucune exigence d'efficacité et de fiabilité dans le modèle de moteur à combustion interne, la production de tels moteurs s'est avérée peu coûteuse. Dans de tels moteurs à combustion interne, il n'y a pas du tout de joints de rotor, ou ils ont la conception la plus primitive. Le principal avantage de ceunité de modèle d'avion est qu'il est facile à installer dans un modèle réduit volant. L'ICE est léger et compact.

Un autre fait: Felix Wankel, ayant reçu un brevet pour RPD en 1936, est devenu l'inventeur non seulement des moteurs rotatifs, mais aussi des compresseurs, ainsi que des pompes qui fonctionnaient selon le même schéma. De telles unités peuvent être trouvées dans les ateliers de réparation et en production. Soit dit en passant, les pompes de gonflage de pneus électriques portables sont conçues exactement selon ce principe.

Voitures RPD et VAZ

À l'époque soviétique, ils étaient également engagés dans la création d'un moteur à piston rotatif et son installation sur les voitures domestiques VAZ. Ainsi, le premier RPD en URSS était le moteur VAZ-311 d'une capacité de 70 chevaux. Il a été créé sur la base de l'unité japonaise 13V. Mais comme la création du moteur a été réalisée selon des plans irréalistes, l'unité s'est avérée peu fiable après avoir été mise en production de masse. La première voiture avec ce moteur était la VAZ-21018.

Mais l'histoire de l'installation du moteur Wankel sur le VAZ ne s'arrête pas là. Le deuxième d'affilée était le bloc d'alimentation VAZ-415, qui a été utilisé par petits lots sur le G8 dans les années 80. Cette unité de puissance avait de meilleures caractéristiques techniques. Puissance avec un volume de 1308 centimètres cubes augmentée à 150 chevaux. Grâce à cela, le VAZ-2108 soviétique avec un moteur rotatif a accéléré à des centaines en 9 secondes. Et la vitesse maximale était limitée à 190 kilomètres par heure. Mais ce moteur n'était pas sans défauts. En particulier, c'est une petite ressource. Il a à peine atteint 80 millekilomètres. Parmi les inconvénients, il convient également de noter le coût élevé de la création d'une telle voiture. La consommation d'huile était de 700 grammes pour mille kilomètres. La consommation de carburant est d'environ 20 litres au cent. Par conséquent, l'unité rotative n'a été utilisée que sur des véhicules de services spéciaux, en petits lots.

Conclusion

Nous avons donc compris ce qu'est le moteur Wankel. Cette unité rotative est désormais utilisée en série uniquement sur les voitures Mazda, et sur un seul modèle. Malgré de nombreuses améliorations et tentatives d'ingénieurs japonais pour améliorer la conception du RPD, celui-ci dispose toujours d'une ressource assez faible et se caractérise par une consommation d'huile élevée. De plus, les nouvelles Mazda de 1,3 litre ne diffèrent pas en termes d'efficacité énergétique. Tous ces défauts du moteur rotatif le rendent peu pratique et sous-utilisé dans l'industrie automobile.