Un moteur rotatif est un moteur à combustion interne, comme le moteur de votre voiture, mais il fonctionne d'une manière complètement différente du moteur à pistons conventionnel.
Dans un moteur à pistons, le même volume d'espace (le cylindre) effectue alternativement quatre tâches différentes :l'admission, la compression, la combustion et l'échappement. Un moteur rotatif effectue ces quatre mêmes tâches, mais chacune se produit dans sa propre partie du boîtier. C'est un peu comme avoir un cylindre dédié pour chacune des quatre tâches, le piston se déplaçant continuellement de l'une à l'autre.
Le moteur rotatif (initialement conçu et développé par le Dr Felix Wankel) est parfois appelé moteur Wankel , ou moteur rotatif Wankel .
Dans cet article, nous allons apprendre comment fonctionne un moteur rotatif. Commençons par les principes de base au travail.
Contenu
Comme un moteur à piston, le moteur rotatif utilise la pression créée lorsqu'une combinaison d'air et de carburant est brûlée. Dans un moteur à pistons, cette pression est contenue dans les cylindres et oblige les pistons à se déplacer d'avant en arrière. Les bielles et le vilebrequin convertissent le mouvement alternatif des pistons en un mouvement de rotation qui peut être utilisé pour propulser une voiture.
Dans un moteur rotatif, la pression de combustion est contenue dans une chambre formée par une partie du boîtier et scellée par une face du rotor triangulaire, qui est ce que le moteur utilise à la place des pistons.
Le rotor suit un chemin qui ressemble à quelque chose que vous créeriez avec un Spirograph. Ce chemin maintient chacun des trois pics du rotor en contact avec le boîtier, créant trois volumes de gaz distincts. Au fur et à mesure que le rotor se déplace dans la chambre, chacun des trois volumes de gaz se dilate et se contracte alternativement. C'est cette expansion et cette contraction qui aspirent l'air et le carburant dans le moteur, le compriment et produisent de la puissance utile lorsque les gaz se dilatent, puis expulsent les gaz d'échappement.
Nous allons jeter un coup d'œil à l'intérieur d'un moteur rotatif pour vérifier les pièces, mais examinons d'abord un nouveau modèle de voiture avec un tout nouveau moteur rotatif.
Mazda a été un pionnier dans le développement de voitures de production qui utilisent des moteurs rotatifs. La RX-7, mise en vente en 1978, était probablement la voiture à moteur rotatif la plus réussie. Mais il a été précédé par une série de voitures, de camions et même de bus à moteur rotatif, à commencer par le Cosmo Sport de 1967. La dernière année où le RX-7 a été vendu aux États-Unis était en 1995, mais le moteur rotatif devrait faire son grand retour dans un proche avenir.
La Mazda RX-8, une nouvelle voiture de Mazda, est équipée d'un nouveau moteur rotatif primé appelé RENESIS . Nommé International Engine of the Year 2003, ce moteur bi-rotor atmosphérique produira environ 250 chevaux. Pour plus d'informations, visitez le site Web RX-8 de Mazda.
Un moteur rotatif a un système d'allumage et un système d'alimentation en carburant similaires à ceux des moteurs à pistons. Si vous n'avez jamais vu l'intérieur d'un moteur rotatif, préparez-vous à une surprise, car vous ne reconnaîtrez pas grand-chose.
Le rotor a trois faces convexes, dont chacune agit comme un piston. Chaque face du rotor comporte une poche, ce qui augmente la cylindrée du moteur, laissant plus d'espace pour le mélange air/carburant.
Au sommet de chaque face se trouve une lame métallique qui forme un joint à l'extérieur de la chambre de combustion. Il y a aussi des anneaux métalliques de chaque côté du rotor qui scellent les côtés de la chambre de combustion.
Le rotor a un ensemble de dents d'engrenage internes coupées au centre d'un côté. Ces dents s'accouplent avec un engrenage qui est fixé au carter. Cet accouplement d'engrenage détermine la trajectoire et la direction que le rotor emprunte à travers le boîtier.
Le boîtier est à peu près de forme ovale (il s'agit en fait d'un épitrochoïde -- Découvrez cette démonstration Java de la façon dont la forme est dérivée). La forme de la chambre de combustion est conçue pour que les trois pointes du rotor restent toujours en contact avec la paroi de la chambre, formant trois volumes de gaz étanches.
Chaque partie du boîtier est dédiée à une partie du processus de combustion. Les quatre sections sont :
Les orifices d'admission et d'échappement sont situés dans le boîtier. Il n'y a pas de vannes dans ces orifices. L'orifice d'échappement se connecte directement à l'échappement et l'orifice d'admission se connecte directement à l'accélérateur.
L'arbre de sortie a des lobes ronds montés de manière excentrique, ce qui signifie qu'ils sont décalés par rapport à l'axe de l'arbre. Chaque rotor s'adapte sur l'un de ces lobes. Le lobe agit un peu comme le vilebrequin dans un moteur à pistons. Au fur et à mesure que le rotor suit sa trajectoire autour du boîtier, il pousse sur les lobes. Étant donné que les lobes sont montés excentriques par rapport à l'arbre de sortie, la force que le rotor applique aux lobes crée un couple dans l'arbre, le faisant tourner.
Voyons maintenant comment ces pièces sont assemblées et comment elles produisent de l'énergie.
Un moteur rotatif est assemblé en couches. Le moteur à deux rotors que nous avons démonté comporte cinq couches principales qui sont maintenues ensemble par un anneau de longs boulons. Le liquide de refroidissement circule dans les passages entourant toutes les pièces.
Les deux couches d'extrémité contiennent les joints et les roulements de l'arbre de sortie. Ils scellent également les deux sections du boîtier qui contiennent les rotors. Les surfaces intérieures de ces pièces sont très lisses, ce qui aide les joints du rotor à faire leur travail. Un orifice d'admission est situé sur chacun de ces embouts.
La couche suivante de l'extérieur est le boîtier de rotor de forme ovale, qui contient les orifices d'échappement. C'est la partie du boîtier qui contient le rotor.
La pièce centrale contient deux orifices d'admission, un pour chaque rotor. Il sépare également les deux rotors, de sorte que ses surfaces extérieures sont très lisses.
Au centre de chaque rotor se trouve un grand engrenage interne qui tourne autour d'un engrenage plus petit qui est fixé au carter du moteur. C'est ce qui détermine l'orbite du rotor. Le rotor roule également sur le grand lobe circulaire de l'arbre de sortie.
Ensuite, nous verrons comment le moteur produit réellement de la puissance.
Les moteurs rotatifs utilisent le cycle de combustion à quatre temps, qui est le même cycle que les moteurs à pistons à quatre temps. Mais dans un moteur rotatif, cela se fait d'une manière complètement différente.
Si vous regardez attentivement, vous verrez le lobe décalé sur l'arbre de sortie tourner trois fois pour chaque révolution complète du rotor.
Le cœur d'un moteur rotatif est le rotor. C'est à peu près l'équivalent des pistons d'un moteur à pistons. Le rotor est monté sur un grand lobe circulaire sur l'arbre de sortie. Ce lobe est décalé par rapport à l'axe de l'arbre et agit comme la manivelle d'un treuil, donnant au rotor l'effet de levier dont il a besoin pour faire tourner l'arbre de sortie. Lorsque le rotor orbite à l'intérieur du boîtier, il pousse le lobe en cercles serrés, tournant trois fois pour chaque tour du rotor.
Au fur et à mesure que le rotor se déplace dans le boîtier, les trois chambres créées par le rotor changent de taille. Ce changement de taille produit une action de pompage. Passons en revue chacun des quatre temps du moteur en regardant une face du rotor.
La phase d'admission du cycle commence lorsque la pointe du rotor passe devant l'orifice d'admission. Au moment où la lumière d'admission est exposée à la chambre, le volume de cette chambre est proche de son minimum. Au fur et à mesure que le rotor passe devant l'orifice d'admission, le volume de la chambre se dilate, aspirant le mélange air/carburant dans la chambre.
Lorsque le sommet du rotor passe l'orifice d'admission, cette chambre est scellée et la compression commence.
Au fur et à mesure que le rotor continue son mouvement autour du boîtier, le volume de la chambre diminue et le mélange air/carburant se comprime. Au moment où la face du rotor a fait le tour des bougies, le volume de la chambre est à nouveau proche de son minimum. C'est à ce moment que la combustion commence.
La plupart des moteurs rotatifs ont deux bougies d'allumage. La chambre de combustion est longue, donc la flamme se propagerait trop lentement s'il n'y avait qu'un seul bouchon. Lorsque les bougies enflamment le mélange air/carburant, la pression monte rapidement, forçant le rotor à bouger.
La pression de combustion force le rotor à se déplacer dans le sens qui fait grossir la chambre. Les gaz de combustion continuent de se dilater, déplaçant le rotor et créant de la puissance, jusqu'à ce que le sommet du rotor passe l'orifice d'échappement.
Une fois que le sommet du rotor passe l'orifice d'échappement, les gaz de combustion à haute pression sont libres de s'écouler par l'échappement. Au fur et à mesure que le rotor continue de se déplacer, la chambre commence à se contracter, forçant l'échappement restant à sortir de l'orifice. Au moment où le volume de la chambre approche de son minimum, le pic du rotor passe l'orifice d'admission et tout le cycle recommence.
La chose intéressante à propos du moteur rotatif est que chacune des trois faces du rotor travaille toujours sur une partie du cycle - en une révolution complète du rotor, il y aura trois temps de combustion. Mais n'oubliez pas que l'arbre de sortie tourne trois fois pour chaque tour complet du rotor, ce qui signifie qu'il y a une course de combustion pour chaque tour de l'arbre de sortie.
Il existe plusieurs caractéristiques déterminantes qui différencient un moteur rotatif d'un moteur à piston typique.
Le moteur rotatif a beaucoup moins de pièces mobiles qu'un moteur à pistons à quatre temps comparable. Un moteur rotatif à deux rotors comporte trois pièces mobiles principales :les deux rotors et l'arbre de sortie. Même le moteur à pistons à quatre cylindres le plus simple comporte au moins 40 pièces mobiles, notamment des pistons, des bielles, un arbre à cames, des soupapes, des ressorts de soupape, des culbuteurs, une courroie de distribution, des pignons de distribution et un vilebrequin.
Cette minimisation des pièces mobiles peut se traduire par une meilleure fiabilité d'un moteur rotatif. C'est pourquoi certains avionneurs (dont le constructeur de Skycar) préfèrent les moteurs rotatifs aux moteurs à pistons.
Toutes les pièces d'un moteur rotatif tournent continuellement dans une direction, plutôt que de changer violemment de direction comme le font les pistons d'un moteur conventionnel. Les moteurs rotatifs sont équilibrés en interne avec des contrepoids rotatifs qui sont phasés pour annuler toutes les vibrations.
La livraison de puissance dans un moteur rotatif est également plus fluide. Étant donné que chaque événement de combustion dure 90 degrés de rotation du rotor et que l'arbre de sortie tourne trois tours pour chaque tour du rotor, chaque événement de combustion dure 270 degrés de rotation de l'arbre de sortie. Cela signifie qu'un moteur à rotor unique fournit de la puissance pendant les trois quarts de chaque tour de l'arbre de sortie. Comparez cela à un moteur à piston monocylindre, dans lequel la combustion se produit pendant 180 degrés sur tous les deux tours, ou seulement un quart de chaque tour du vilebrequin (l'arbre de sortie d'un moteur à pistons).
Étant donné que les rotors tournent à un tiers de la vitesse de l'arbre de sortie, les principales pièces mobiles du moteur se déplacent plus lentement que les pièces d'un moteur à pistons. Cela contribue également à la fiabilité.
Il y a quelques défis dans la conception d'un moteur rotatif :
Pour plus d'informations sur les moteurs rotatifs et les sujets connexes, consultez les liens sur la page suivante.
Publié à l'origine :29 mars 2001
