Nous devons la création du moteur rotatif à un certain Dr. Félix Wankel . En 1924, à l'âge de 22 ans, il crée son laboratoire de recherche dédié à la conception d'un moteur rotatif. Intéressé par ses travaux, le ministère allemand de l'Aviation subventionne ses recherches pendant la Seconde Guerre mondiale, estimant qu'il serait l'avenir de l'ingénierie. Après la guerre, un constructeur de motos, NSU, crée un partenariat avec Wankel.
En 1958 est né le premier moteur rotatif fonctionnel et pratique, le KKM. Avec un seul rotor, le KKM a une cylindrée totale de 400cm³. NSU annonce officiellement, en 1959, le succès du moteur Wankelrotary. Plus d'une centaine d'entreprises dans le monde s'approprient actuellement les plans techniques de ce moteur. Trente-quatre d'entre elles sont japonaises.
Plusieurs fabricants ont essayé de développer ce concept sans arriver à un produit fini. Étrangement, seule une petite entreprise japonaise du nom de Toyo Kogyo poursuit les recherches, tandis que d'autres abandonnent. Jujiro Matsuda, alors président de l'entreprise, est convaincu du potentiel de ce moteur révolutionnaire. En 1961, il a signé un contrat avec NSU pour concevoir conjointement un prototype viable. Suite au succès de sa division la plus performante, Toyo Kogyo est renommé au nom du célèbre constructeur que tout le monde connaît aujourd'hui sous le nom de Mazda .
En 1963, Mazda ouvre sa division de recherche dédiée uniquement au moteur rotatif. Kenichi Yamamoto, qui dirige alors cette division, compte plus de 47 ingénieurs à son service. Sa mission ? Trouver une utilisation pratique du moteur rotatif pour cibler la production de masse et la vente commerciale. Deux problèmes majeurs retardent sa commercialisation :une usure prématurée des composants internes et une consommation d'huile extrêmement élevée. Après plusieurs mois de recherche et plus de 300 heures d'essais, de nouveaux joints et de l'huile conçus spécifiquement pour le moteur rotatif répondent à ces deux problèmes majeurs.
Contrairement au concept original, Mazda préfère concevoir un moteur multirotor. Le prototype monorotor construit par NSU était, à bas régime, assez anémique en couple et souffrait d'une instabilité qui se traduisait par des vibrations désagréables. a rapidement fait son chemin vers les lignes de production sous le nom de code 10A.
Le 10A est le premier moteur rotatif commercialisé dans une voiture. Sa première apparition remonte au 30 mai 1967, lorsque Mazda vend la Cosmo Sport, la seule voiture de course monorotor au monde. Équipé d'un double carburateur à quatre corps monté latéralement sur les lumières d'admission et de bougies pour chaque rotor, le 10A développe une puissance de 110 ch. Compte tenu de la légèreté de la voiture et de la technologie disponible à l'époque, la Cosmo Sport est considérée comme une prouesse technologique par la presse automobile.
Ce n'est qu'en 1970 que Mazda a commencé à exporter ses véhicules en Amérique du Nord. Malheureusement, les États-Unis sont, à l'heure actuelle, en train d'adopter les normes d'émission les plus strictes. De plus, ils sont en pleine crise pétrolière. Pour contrer le problème, Mazda crée un réacteur thermique qui brûle les émissions polluantes. Le constructeur peut enfin commercialiser la première voiture à moteur rotatif en Amérique du Nord, la R100 .
D'autres innovations, telles que les systèmes d'allumage à haute intensité et les collecteurs d'échappement réactifs, permettent à Mazda de réduire la consommation de carburant jusqu'à 40 %, assurant ainsi la viabilité du moteur rotatif nord-américain.
Fort de son succès dans la réduction des émissions polluantes et de la consommation de carburant, Mazda pousse ses recherches pour maximiser les performances de ses moteurs rotatifs. L'une des premières améliorations apportées a été la conception d'une admission à six orifices pour le moteur rotatif 12A (deux chambres de 573 cm3). Chaque rotor est équipé de trois lumières d'admission dont l'ouverture est commandée en deux temps. Ce mécanisme améliore le rendement énergétique sans sacrifier les performances haut de gamme. L'une des premières voitures - et certainement l'une des plus connues - à bénéficier de ce moteur est la toute première version de la RX-7, la FB3S, née en mars 1982. Il faudra cependant attendre 1983 avant de voir la première RX turbocompressée. -7.
Les turbocompresseurs et les moteurs rotatifs ont toujours bien fonctionné. Ceci est principalement dû au fait que les moteurs rotatifs ont tendance à libérer une plus grande énergie de l'orifice d'échappement par rapport aux moteurs traditionnels. Ce trait de caractère peut être attribué à l'ouverture brutale des lumières d'échappement qui sont en ligne indirecte avec le mouvement d'expulsion du rotor. Et, bien sûr, plus d'énergie sortant de l'échappement permet une meilleure utilisation d'un turbocompresseur.
La deuxième génération du RX-7, le FC3S, est probablement plus connue des néophytes des moteurs rotatifs. Quatre versions sont disponibles à l'époque, à savoir le SE, le GTU, le GLX et le Turbo II. Les trois premiers sont propulsés par une version atmosphérique et disposent de l'injection électronique du moteur 13B (deux chambres de 672cc). Introduit en 1985 sous le nom de 1986 MY, le FC3S est le premier RX-7 à avoir des freins à disque sur les quatre roues. Le modèle SE de base est équipé de roues de 14 pouces et d'étriers avant à deux pistons. La GTU, considérée comme la version sportive du groupe, dispose d'un capot en aluminium ainsi que d'étriers à quatre pistons et de la transmission de la version Turbo II. Le GLX est équipé du groupe électrique et de roues de 15 pouces. Enfin, la version Turbo II est la plus puissante avec sa mécanique 13B-T. Mazda a affirmé que la version turbo du 13B développait 180 ch à la manivelle.
En 1988, la FC3S a droit à quelques retouches esthétiques et bénéficie d'un bon coup de pied dans le dos côté performances. La cavalerie du 13B est passée de 145 ch à 160 ch tandis que le 13B-T délivre environ 200 ch. Les différences visuelles sont subtiles; ce qui différencie les deux générations, ce sont les nouveaux feux arrière du modèle 1988, ronds à chaque extrémité au lieu de ceux rectangulaires des années précédentes.
La dernière édition du RX-7 porte le nom de code FD3S. Cette voiture de sport de haut calibre a été introduite en 1992 en tant que modèle 1993. Si la voiture elle-même est encore aujourd'hui considérée comme la plus belle interprétation du moteur rotatif, c'est grâce aux merveilles qui se cachent sous le capot. Le moteur baptisé 13B-REW (REW pour Rotary Engine Twin Turbo) utilise deux turbos en mode séquentiel, atteignant une puissance assez correcte de 255cv avec une zone rouge à partir de 8000 tr/min !
Le mode séquentiel est assez simple en théorie. A bas régime, un seul turbo est utilisé. Il est évidemment plus facile de faire fonctionner un seul turbo que deux. Cela améliore la réponse du moteur à bas régime. L'air pressurisé par le premier turbo permet alors au moteur de produire suffisamment de puissance pour entraîner le second turbo sans heurter la plage de puissance à bas régime tout en gagnant des extraponies à haut régime.
Quatre versions étaient proposées en Amérique du Nord, à savoir le modèle de base, Touring, PEP et R1/R2. La Touring, une version de luxe, est équipée d'options telles que des sièges en cuir, un système audio Bose, un toit ouvrant électrique et un régulateur de vitesse. La Touring est également la seule version livrée en option avec la boîte de vitesses automatique. Le PEP ou "Popular Equipment Package" est, comme son nom l'indique, le plus populaire de tous, et est livré de série avec le toit ouvrant, les sièges en cuir et le régulateur de vitesse. La R1, la version la plus intéressante pour les amateurs de voitures hautes performances, reçoit une suspension sport, un double refroidisseur d'huile, une barre anti-rapprochement avant, des sièges recouverts de daim et un aileron arrière. En 1994, le R1 est remplacé par le R2. Malheureusement, Mazda retire également le FD3S du marché américain.
Si vous regardez attentivement un moteur rotatif, vous remarquerez qu'il est composé de plusieurs plaques assemblées en sandwich. Dans un moteur rotatif traditionnel, c'est-à-dire un 2-rotors (un 13B dans notre cas), on remarque la présence de six de ces plateaux. Faisant exception à la couverture, nous nous concentrerons sur les cinq autres pour le moment.
Les deux plus grandes plaques sont appelées boîtiers de rotor. Comme leur nom l'indique, ils contiennent deux rotors. L'intérieur du boîtier représente la surface de travail ou, si vous préférez, la chambre de combustion. Cette surface est sous forme atrochoïdale. Autrement dit, imaginez un cercle dont les extrémités auraient été étirées sur un axe vertical pour lui donner une forme allongée. Ajoutez deux légères protubérances vers l'intérieur à chaque extrémité de l'axe horizontal et vous obtenez une forme trochoïdale.
Si vous observez le boîtier, vous remarquerez qu'il y a deux enveloppes, une à l'intérieur et une à l'extérieur. Entre les deux, il y a des dizaines de passages de formes différentes. Les plus petits cercles sur le contour sont les trous pour les boulons de tension. C'est ce qui relie les plaques. Les grands cercles représentent les passages internes d'huile. Les autres ouvertures de différentes formes sont les conduits pour le liquide de refroidissement.
Sur la surface intérieure du boîtier, il est possible de voir deux minuscules ouvertures. C'est l'emplacement des bougies. Celle du haut s'appelle la bougie d'allumage arrière et celle du bas, la bougie d'allumage avant. Plus à ce sujet plus tard. Pour l'instant, regardons la grande ouverture sur le côté du boîtier. C'est l'orifice d'échappement du rotor utilisé pour expulser les résidus du processus de combustion. Le dernier élément d'importance est le passage en haut à gauche du carter, servant à amener l'huile nécessaire aux articulations sommitales par une légère ouverture sur la surface intérieure. Contrairement aux moteurs à quatre temps conventionnels où des segments de piston sont utilisés, il est impossible de lubrifier les articulations avec une surface non exposée à la combustion. En effet, les joints d'apex agissent comme des bagues d'étanchéité et sont exposés à tout moment. L'huile est plutôt injectée directement pour lubrifier les composants, ce qui explique la surconsommation d'huile des moteurs rotatifs.
Les trois autres plaques sont appelées carter latéral et carter latéral intermédiaire. En plus de leur rôle d'étanchéité à l'intérieur du carter du rotor, ils contiennent également les lumières d'admission du moteur. Les lumières d'admission de la plaque intermédiaire, c'est-à-dire celle au centre des deux carters de rotor, sont appelées lumières primaires. Au-dessus de ces orifices se trouvent deux ouvertures dans la plaque intermédiaire pour les injecteurs. On notera ici que l'admission est positionnée latéralement au rotor et non en face de lui comme le sont les lumières d'échappement. Les plaques latérales contiennent également des orifices dits secondaires. Après 1984, les moteurs rotatifs non turbo 13B ont, sur leurs plaques latérales, une autre paire d'ouvertures pour un total de six ports. Ces deux ports supplémentaires sont nommés "auxiliaires". Ils sont ouverts par des activateurs à grande vitesse pour maximiser les performances et sont fermés à basse vitesse pour favoriser le couple.
Si vous regardez les illustrations, vous remarquerez que de l'huile circule à la surface de ces plaques. En effet, lorsque le rotor tourne, il crée des frottements sur la surface latérale qui doit être lubrifiée pour éviter une usure prématurée des composants internes. On notera également que ces passages d'huile limitent la taille des lumières d'admission. Lors du réglage d'un moteur rotatif, l'objectif est de trouver un moyen ingénieux d'augmenter la taille de ces orifices pour fournir de l'air et du carburant plus efficacement au moteur tout en respectant les limites du moteur.
Les pièces les plus importantes sont certainement les rotors et l'arbre de transmission excentrique. Si vous jetez un coup d'œil au centre des rotors, vous pouvez voir une surface dentelée et une surface lisse. Cette dernière partie représente le palier du rotor. La partie dentelée est accouplée à une autre partie dentelée appelée engrenages fixes. Ceux-ci sont fixés aux plaques latérales. L'arbre d'entraînement excentrique coulisse à travers tous les éléments, des plateaux aux rotors et à travers les engrenages fixes.
Les rotors ne tournent pas uniquement sur un axe fixe. Leur mouvement est la somme de deux mouvements bien distincts. La première est une rotation simple. Les rotors y parviennent grâce à leurs paliers (surface lisse) qui sont constamment en contact avec les deux lobes de l'arbre excentrique. Ces lobes étant décalés de l'axe de rotation de l'arbre, ils empêchent les rotors de tourner sur un même plan. Les lobes font tourner les rotors autour de l'axe de rotation de l'arbre excentrique. Le mouvement final est donc une combinaison d'une rotation et d'une orbite des rotors.
Pour mieux comprendre le principe fondamental du fonctionnement des moteurs rotatifs, nous utiliserons certains termes utilisés avec les moteurs à quatre temps traditionnels. Le PMH (point mort haut) est le point où le piston atteint sa hauteur maximale, minimisant ainsi l'espace disponible à l'intérieur de la chambre de combustion. Le PMB (point mort bas) est le point où le piston est au point le plus bas, offrant ainsi le maximum d'espace . On utilisera les termes TDC et BDC selon l'espace maximum ou minimum que le rotor offrira.
Si vous partez du PMH, en prenant l'extrémité supérieure gauche du rotor et en tournant dans le sens des aiguilles d'une montre, le cycle d'admission démarre. Cela se termine lorsque la même extrémité atteint le PMB. Il convient de noter ici que le rotor tourne dans le sens des aiguilles d'une montre à un tiers de la vitesse de l'arbre excentrique. Entre le PMH et le PMB, l'arbre excentrique aura tourné de 270°. C'est 90° de plus que les 180° requis pour un moteur à quatre temps pour la même opération.
Là encore, du PMB au PMH, 270° sont nécessaires pour boucler le cycle de compression. Remarquez comment le mélange air/carburant est comprimé contre la paroi. C'est à ce moment que la bougie s'allume pour créer la combustion. Encore 270° de plus et vous arriverez au PMB terminant le cycle de combustion. Par la suite, le rotor expulse les gaz d'échappement à travers l'orifice d'échappement du boîtier du rotor, parcourant les derniers 270 ° pour revenir au point de départ.
Chacune des faces du rotor est séparée de 120° et effectue simultanément un cycle différent des autres. Ainsi, sur 360°, les trois faces du rotor contribuent à UN cycle de puissance pour UN tour de l'arbre excentrique. Sur un moteur quatre temps traditionnel, deux rotations de 360° sont nécessaires. En conséquence, un moteur rotatif a les capacités d'un moteur à quatre temps deux fois sa cylindrée. Un moteur 13B de 1.3L est équivalent à un moteur 2.6L. C'est là que réside la force des moteurs rotatifs. Tout en étant extrêmement compacts, ils possèdent le potentiel d'un moteur beaucoup plus gros.
Comme mentionné précédemment, il y a deux bougies par plaque. Celui du bas est celui de tête et celui du haut est la bougie d'allumage arrière. Si l'on tient compte du fait que le carter du rotor avant porte le numéro 1 et celui de l'arrière, le numéro 2, le nom de chacune des bougies sera L1, L2, T1 et T2. Lorsque la chambre de combustion (la partie convexe sur la surface du rotor) s'approche du PMH pendant le cycle de compression, les bougies d'allumage avant allument le mélange en premier. Les bougies d'allumage traînées s'activent alors environ 10° à 15° plus tard. Il est important de préciser que les bougies sont activées une troisième fois dans le cycle. Ce phénomène est appelé "wastespark". Pour simplifier le système d'allumage, les bougies utilisent la même bobine, donc le même signal. Les bougies d'allumage L1 et L2 sont alors activées en même temps. Les moteurs rotatifs modernes utilisent un capteur de position d'arbre excentrique ainsi que trois bobines, une pour les deux bougies principales et une pour chaque bougie arrière.
Le moteur Renesis du RX-8 est censé être une amélioration majeure par rapport à son grand frère, le 13B-REW. LaRenesis est également plus compacte et 30% plus légère. Le concept des six orifices d'admission est déjà vu, mais l'emplacement des orifices d'échappement est une véritable innovation. Comparé aux moteurs précédents, le Renesis n'a pas ses orifices d'échappement à la périphérie du carter du rotor. Il utilise plutôt deux orifices, l'un directement sur la plaque intermédiaire et l'autre sur la plaque latérale. Les ingénieurs disent que le chevauchement des soupapes a été réduit, améliorant le rendement énergétique au ralenti de 40 % par rapport au 13B-REW. Bref, le Renesis produit moins d'émissions, consomme moins de carburant et la combustion est grandement améliorée.
Il existe des trésors cachés dans le monde des moteurs rotatifs que peu de gens connaissent. Un tel exemple est le 20B-REW, un tri-rotor biturbo proposé dans l'Eunos Cosmo, une voiture japonaise qui a été vendue de janvier 1990 à mars 1996. Avec une cylindrée de 1962 cm³, le 20B-REW a sensiblement les mêmes capacités que un petit V8. Avec une pression de 10,29 psi provenant des turbos, la puissance atteint jusqu'à 280ch, le tout probablement limité par les restrictions imposées par les lois japonaises. Pour vous donner une idée, ce même moteur en mode atmosphérique développe 250cv, 320cv s'il est fabriqué en conséquence. Difficile de croire que 10 psi de pression ne produisent que 50 ch de plus. En vérité, avec un simple régulateur de pression, il est possible d'atteindre facilement la barre des 400cv. Avec un peu plus de soin et de dévotion, 700 chevaux ne seraient pas du tout impossibles à atteindre.
Si une telle puissance est réalisable avec un moteur tri-rotor, imaginez ce qui serait possible avec quatre ! Ce type de moteur n'est malheureusement pas disponible, sauf en compétition. Parmi les plus connues, la 26B qui équipait la Mazda 787B, première voiture de course japonaise à remporter les 24h du Mans. Pour les intéressés, ce moteur développe rien de moins que 700 chevaux à 9 000 tr/min et 448 lb-pi de couple à 6 500 tr/min, le tout en mode atmosphérique. Le moteur ayant plusieurs parties communes avec le 13B, certains disent qu'il est possible de créer un moteur à quatre rotors personnalisé en utilisant deux 13B.
Si une telle idée semble vraiment intéressante, il n'est pas difficile d'imaginer le budget que nécessiterait la construction d'une installation !
