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Le moteur Wankel est un moteur à combustion doté d’un piston rotatif qui fut inventé par Felix Wankel. Plusieurs constructeurs se serviront de cette technologie au cours du XXè siècle.
Histoire
On trouve l’origine des machines à piston rotatif au milieu du XVIè siècle, mais ce sera dès le début du XXè siècle que l’étude d’un moteur à combustion interne avec piston rotatif débutera. Le premier brevet sera déposé par les suédois Wallinder et Skoog, alors que dans les années 1930 l’ingénieur français Dimitri Sensaud de Lavaud développera un moteur rotatif, financé entre autre par Renault, Citroën et le Ministère de l’Air. Cela n’aboutira finalement jamais, à cause d’importants problèmes d’étanchéité et de lubrification des pièces en mouvement. Felix Wankel est un ingénieur allemand qui commencera à développer des solutions de moteur à piston rotatif dès les années 1920. Financé durant ses recherches par le Troisième Reich, la fin de la Seconde Guerre Mondiale mettront un coup d’arrêt à ses recherches et donc à son projet.
Il faudra alors attendre 1951 pour que Felix Wankel signe avec le constructeur NSU pour continuer à développer son moteur totalement inédit. Très vite, des motos du constructeur allemand utilisent cette nouvelle technologie en tant que compresseur, pour augmenter la puissance des moteurs essences classiques. Il faudra attendre 1959 pour que NSU annonce l’arrivée prochaine d’un moteur à piston rotatif sur une voiture de série. Divers prototypes seront réalisés, notamment le moteur KKM 250 (cylindrée de 250 cm3 et développant 30 ch.) qui sera installé dans la NSU Prinz afin d’effectuer des essais routier. C’est finalement en 1964 que la première voiture de série au monde équipée d’un moteur à piston rotatif est lancée, la NSU Spider. Le moteur positionné en porte-à-faux arrière est alimenté par un carburateur Solex, affiche une cylindrée de 500 cm3 et développe 50 ch.
On trouve l’origine des machines à piston rotatif au milieu du XVIè siècle, mais ce sera dès le début du XXè siècle que l’étude d’un moteur à combustion interne avec piston rotatif débutera. Le premier brevet sera déposé par les suédois Wallinder et Skoog, alors que dans les années 1930 l’ingénieur français Dimitri Sensaud de Lavaud développera un moteur rotatif, financé entre autre par Renault, Citroën et le Ministère de l’Air. Cela n’aboutira finalement jamais, à cause d’importants problèmes d’étanchéité et de lubrification des pièces en mouvement. Felix Wankel est un ingénieur allemand qui commencera à développer des solutions de moteur à piston rotatif dès les années 1920. Financé durant ses recherches par le Troisième Reich, la fin de la Seconde Guerre Mondiale mettront un coup d’arrêt à ses recherches et donc à son projet.
Il faudra alors attendre 1951 pour que Felix Wankel signe avec le constructeur NSU pour continuer à développer son moteur totalement inédit. Très vite, des motos du constructeur allemand utilisent cette nouvelle technologie en tant que compresseur, pour augmenter la puissance des moteurs essences classiques. Il faudra attendre 1959 pour que NSU annonce l’arrivée prochaine d’un moteur à piston rotatif sur une voiture de série. Divers prototypes seront réalisés, notamment le moteur KKM 250 (cylindrée de 250 cm3 et développant 30 ch.) qui sera installé dans la NSU Prinz afin d’effectuer des essais routier. C’est finalement en 1964 que la première voiture de série au monde équipée d’un moteur à piston rotatif est lancée, la NSU Spider. Le moteur positionné en porte-à-faux arrière est alimenté par un carburateur Solex, affiche une cylindrée de 500 cm3 et développe 50 ch.
Moteur rotatif de la Citroën GS Birotor.
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Principe de fonctionnement
Le moteur à piston rotatif est une alternative aux moteurs à combustion interne plus classique, doté d’un mouvement alternatif. Le piston prend la forme d’un rotor tournant dans la trochoïde et délimite trois chambres (compression, explosion et échappement) permettant la combustion. Contrairement à un moteur essence quatre temps classique, le moteur rotatif est dépourvu de soupapes, celles-ci étant remplacées par deux lumières (comme un moteur deux-temps). L’arrivée du mélange se fait par la première lumière, puis il est comprimé avec d’exploser grâce aux bougies d’allumage, et enfin les gaz d’échappements sont évacués par la seconde lumière. Ce cycle de rotation remplace alors le cycle alternatif d’un moteur essence conventionnel et est ensuite transmis à l’arbre de sortie (équivalent au vilebrequin).
Le principal avantage du moteur rotatif est le nombre très faible de pièces mécaniques en mouvement par rapport à un moteur classique. Le moteur est alors plus simple, plus léger et bien moins encombrant. De plus, l’équilibrage presque parfait de l’ensemble attenu grandement les vibrations. Les gaz s’écoulent toujours dans le même sens, ce qui permet une meilleure combustion. Mais il n’est pas exempt de tout reproche, car la différence importante de température entre la partie interne et la partie externe de la chambre de combustion rend l’étanchéité très complexe. De plus, la consommation d’essence et d’huile est majorée de 20% par rapport à un moteur essence classique équivalent. Enfin, l’usure prématurée de certains éléments internes limite la durée de vie du moteur, ce qui rend financièrement assez peu intéressent cette alternative aux moteurs essence conventionnels. Ces inconvénients resteront présents tout au long de l’histoire du moteur à piston rotatif, et resteront les principaux freins à son développement.
Le moteur à piston rotatif est une alternative aux moteurs à combustion interne plus classique, doté d’un mouvement alternatif. Le piston prend la forme d’un rotor tournant dans la trochoïde et délimite trois chambres (compression, explosion et échappement) permettant la combustion. Contrairement à un moteur essence quatre temps classique, le moteur rotatif est dépourvu de soupapes, celles-ci étant remplacées par deux lumières (comme un moteur deux-temps). L’arrivée du mélange se fait par la première lumière, puis il est comprimé avec d’exploser grâce aux bougies d’allumage, et enfin les gaz d’échappements sont évacués par la seconde lumière. Ce cycle de rotation remplace alors le cycle alternatif d’un moteur essence conventionnel et est ensuite transmis à l’arbre de sortie (équivalent au vilebrequin).
Le principal avantage du moteur rotatif est le nombre très faible de pièces mécaniques en mouvement par rapport à un moteur classique. Le moteur est alors plus simple, plus léger et bien moins encombrant. De plus, l’équilibrage presque parfait de l’ensemble attenu grandement les vibrations. Les gaz s’écoulent toujours dans le même sens, ce qui permet une meilleure combustion. Mais il n’est pas exempt de tout reproche, car la différence importante de température entre la partie interne et la partie externe de la chambre de combustion rend l’étanchéité très complexe. De plus, la consommation d’essence et d’huile est majorée de 20% par rapport à un moteur essence classique équivalent. Enfin, l’usure prématurée de certains éléments internes limite la durée de vie du moteur, ce qui rend financièrement assez peu intéressent cette alternative aux moteurs essence conventionnels. Ces inconvénients resteront présents tout au long de l’histoire du moteur à piston rotatif, et resteront les principaux freins à son développement.
QUELQUES MODÈLES PRODUITS EN SÉRIE |
NSU Spider
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Mazda Cosmo Sport 110S
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Citroën M35
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NSU Ro80
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Mazda Eunos Cosmo
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Mazda RX-8
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Utilisation en série
Après de nombreuses années de développement, la première voiture dotée d’un moteur à piston rotatif est alors la NSU Spider. Mais NSU n’est pas le seul constructeur à s’intéresser à cette technologie puisque depuis 1961, le constructeur japonais Mazda a signé un contrat de collaboration avec NSU. Les japonais rencontreront également des difficultés lors du développement, mais aboutiront tout de même en 1967 à la présentation de la Cosmo Sport, deuxième voiture de série équipée d’un moteur à piston rotatif. Avec deux rotors, elle développe alors 110 ch. Quelques mois plus tard, NSU récidive à son tour avec la Ro80, première berline à moteur rotatif de l’histoire et qui sera produite jusqu’en 1977.
L’histoire de la Ro80 est étroitement liée à Citroën, puisque son moteur rotatif est développé en collaboration avec le constructeur français. En effet, en 1967 la société Comotor est créée par les deux marques afin de construire en commun leur propre moteur à piston rotatif. Citroën croit alors énormément dans cette technologie et investi beaucoup d’argent. En 1969 est alors lancé la M35, un coupé basé sur l’Ami 8 et servant de laboratoire auprès des clients. Finalement en 1973, la GS Birotor voit le jour, toujours doté du moteur Comotor commun à la NSU Ro80 (excepté les carburateurs spécifiques). Malheureusement, les finances de Citroën sont au plus mal et dès 1975, le constructeur français cesse tout développement et toute production en rapport avec le moteur à piston rotatif. NSU continuera seul l’aventure jusqu’en 1977 et sa faillite.
Le constructeur britannique Rolls-Royce réfléchit à son tour à l’utilisation possible du moteur rotatif. Dès 1965 est lancée l’étude d’un moteur Wankel fonctionnant au diesel. Le développement assez long aboutira sur un prototype de moteur birotor diesel en 1971. Offrant 350 ch., ce moteur utilise ses deux rotors de manière différente, puisque le premier fait office de compresseur alors que le second enflamme le gazole. Malgré un développement abouti, une mise en application en série ne sera jamais évoquée. Mercedes-Benz étudiera aussi la technologie du moteur rotatif et présentera successivement en 1969 la C111 Type 1 (moteur tri-rotors) et en 1970 la C111 Type 2 (moteur quadri-rotors) sans toutefois atteindre le stade de la série.
On pourrait alors penser que l’aventure du moteur rotatif cesse à ce moment-là, mais Mazda continuera seul à développer le moteur rotatif avec plusieurs modèles produits en série. Il y aura successivement les Mazda R100, RX-2, RX-3 et RX-4 au cours des années 1960 et 1970. Enfin, trois générations de Mazda RX-7 se succèderont entre 1978 et 2002, toujours doté d’un moteur rotatif. Au-delà du succès commercial assez important pour la RX-7, elle s’illustrera également en compétition, notamment en endurance. Mazda cherche à faire rayonner cette technologie, et prouver qu’elle a de l’avenir. Il est alors décidé de faire participer un moteur rotatif dans la célèbre course d’endurance des 24H du Mans. En catégorie Groupe C, différents prototypes de courses sont développés à la fin des années 1980 (717, 757, 767 puis 787) avec un moteur quadri-rotors atmosphérique. La consécration interviendra finalement en 1991, avec la victoire pour Mazda et son prototype 787B (première victoire aux 24H du Mans pour un constructeur japonais). Mais cela entrainera dans la foulée l’interdiction de cette technologie dans la catégorie reine de l’endurance.
Après ce coup d’éclat, Mazda continuera l’aventure du rotatif en série avec l’Eunos Cosmo produite entre 1990 et 1996 (moteur birotor avec deux turbocompresseurs et moteur tri-rotors), la troisième génération de RX-7 jusqu’en 2002, puis la RX-8 qui sera produite de 2003 à 2012. Mais le moteur à piston rotatif cessera d’exister à partir de 2012 chez Mazda, le développement ayant tendance à stagner, sans trouver de solutions aux problèmes récurrents de cette technologie (consommation élevée, durée de vie limitée). Mais le moteur Wankel sera quand même de nouveau utilisé chez Mazda sur des voitures électrique, en tant que prolongateur d’autonomie (donc sans directement entraîner les roues). D’abord vu sur le prototype Mazda 2 EV, cette nouvelle utilisation du moteur rotatif équipera le SUV MX-30. Enfin, divers prototype de moteur rotatif fonctionnant à l’hydrogène verront le jour chez Mazda à partir des années 1990. Il y aura notamment la HR-X (1991), la HR-X II (1993), le Demio FC-EV (1997) et la RX-8 Hydrogen RE (2005). Il n’y aura cependant, pour l’instant, aucune utilisation en série de prévue.
Après de nombreuses années de développement, la première voiture dotée d’un moteur à piston rotatif est alors la NSU Spider. Mais NSU n’est pas le seul constructeur à s’intéresser à cette technologie puisque depuis 1961, le constructeur japonais Mazda a signé un contrat de collaboration avec NSU. Les japonais rencontreront également des difficultés lors du développement, mais aboutiront tout de même en 1967 à la présentation de la Cosmo Sport, deuxième voiture de série équipée d’un moteur à piston rotatif. Avec deux rotors, elle développe alors 110 ch. Quelques mois plus tard, NSU récidive à son tour avec la Ro80, première berline à moteur rotatif de l’histoire et qui sera produite jusqu’en 1977.
L’histoire de la Ro80 est étroitement liée à Citroën, puisque son moteur rotatif est développé en collaboration avec le constructeur français. En effet, en 1967 la société Comotor est créée par les deux marques afin de construire en commun leur propre moteur à piston rotatif. Citroën croit alors énormément dans cette technologie et investi beaucoup d’argent. En 1969 est alors lancé la M35, un coupé basé sur l’Ami 8 et servant de laboratoire auprès des clients. Finalement en 1973, la GS Birotor voit le jour, toujours doté du moteur Comotor commun à la NSU Ro80 (excepté les carburateurs spécifiques). Malheureusement, les finances de Citroën sont au plus mal et dès 1975, le constructeur français cesse tout développement et toute production en rapport avec le moteur à piston rotatif. NSU continuera seul l’aventure jusqu’en 1977 et sa faillite.
Le constructeur britannique Rolls-Royce réfléchit à son tour à l’utilisation possible du moteur rotatif. Dès 1965 est lancée l’étude d’un moteur Wankel fonctionnant au diesel. Le développement assez long aboutira sur un prototype de moteur birotor diesel en 1971. Offrant 350 ch., ce moteur utilise ses deux rotors de manière différente, puisque le premier fait office de compresseur alors que le second enflamme le gazole. Malgré un développement abouti, une mise en application en série ne sera jamais évoquée. Mercedes-Benz étudiera aussi la technologie du moteur rotatif et présentera successivement en 1969 la C111 Type 1 (moteur tri-rotors) et en 1970 la C111 Type 2 (moteur quadri-rotors) sans toutefois atteindre le stade de la série.
On pourrait alors penser que l’aventure du moteur rotatif cesse à ce moment-là, mais Mazda continuera seul à développer le moteur rotatif avec plusieurs modèles produits en série. Il y aura successivement les Mazda R100, RX-2, RX-3 et RX-4 au cours des années 1960 et 1970. Enfin, trois générations de Mazda RX-7 se succèderont entre 1978 et 2002, toujours doté d’un moteur rotatif. Au-delà du succès commercial assez important pour la RX-7, elle s’illustrera également en compétition, notamment en endurance. Mazda cherche à faire rayonner cette technologie, et prouver qu’elle a de l’avenir. Il est alors décidé de faire participer un moteur rotatif dans la célèbre course d’endurance des 24H du Mans. En catégorie Groupe C, différents prototypes de courses sont développés à la fin des années 1980 (717, 757, 767 puis 787) avec un moteur quadri-rotors atmosphérique. La consécration interviendra finalement en 1991, avec la victoire pour Mazda et son prototype 787B (première victoire aux 24H du Mans pour un constructeur japonais). Mais cela entrainera dans la foulée l’interdiction de cette technologie dans la catégorie reine de l’endurance.
Après ce coup d’éclat, Mazda continuera l’aventure du rotatif en série avec l’Eunos Cosmo produite entre 1990 et 1996 (moteur birotor avec deux turbocompresseurs et moteur tri-rotors), la troisième génération de RX-7 jusqu’en 2002, puis la RX-8 qui sera produite de 2003 à 2012. Mais le moteur à piston rotatif cessera d’exister à partir de 2012 chez Mazda, le développement ayant tendance à stagner, sans trouver de solutions aux problèmes récurrents de cette technologie (consommation élevée, durée de vie limitée). Mais le moteur Wankel sera quand même de nouveau utilisé chez Mazda sur des voitures électrique, en tant que prolongateur d’autonomie (donc sans directement entraîner les roues). D’abord vu sur le prototype Mazda 2 EV, cette nouvelle utilisation du moteur rotatif équipera le SUV MX-30. Enfin, divers prototype de moteur rotatif fonctionnant à l’hydrogène verront le jour chez Mazda à partir des années 1990. Il y aura notamment la HR-X (1991), la HR-X II (1993), le Demio FC-EV (1997) et la RX-8 Hydrogen RE (2005). Il n’y aura cependant, pour l’instant, aucune utilisation en série de prévue.