Définition
Dans un moteur à piston conventionnel à quatre temps, le même cylindre accomplit quatre opérations successives - admission, compression, combustion et échappement.
Un moteur rotatif, lui, fait remplir chacune de ces fonctions par des sections différentes du carter. C'est un peu comme si plusieurs cylindres séparés se chargeaient chacun d'une phase.
Dans un moteur à piston, la pression de l'expansion créée par la combustion du mélange air-carburant force les pistons à entrer et sortir des cylindres. Les bielles et le vilebrequin convertissent alors ce déplacement linéaire en un mouvement rotatif, nécessaire pour faire avancer la voiture.
Avec un moteur rotatif, il n'y a pas de mouvement linéaire à convertir. La pression est contenue dans les chambres créées par les différentes zones du carter et les faces convexes d'un rotor triangulaire. Lors de la combustion, le rotor entre immédiatement en rotation, réduisant ainsi les vibrations et augmentant le potentiel de révolution du moteur. Grâce à cette amélioration de l'efficacité, le moteur peut être considérablement plus petit qu'un moteur à piston traditionnel, pour des performances équivalentes.
Fonctionnement
Le rotor triangulaire constitue le composant principal du moteur rotatif. Il orbite à l'intérieur d'un carter quasi ovale (stator) de sorte que les trois apex du rotor demeurent en contact permanent avec la paroi interne du carter, formant trois volumes scellés de gaz, ou chambres de combustion. En fait, chacune des trois faces du rotor se comporte comme un piston. Le rotor se déplaçant dans le carter, les trois chambres qu'il crée changent de dimension, produisant une action de pompage.
Au centre du rotor, un petit engrenage à dents externes est fixé au carter. Un engrenage plus grand, à dents internes, s'accouple avec le petit, définissant le parcours du rotor dans le carter.
Comme le rotor est monté de façon décentrée sur l'arbre de sortie, il fait tourner l'arbre de la même façon qu'une manivelle fait tourner un bras de vilebrequin : trois révolutions pour chaque tour donné.
Chaque partie du processus de combustion se produit dans une section différente du carter :
1/ Admission
2/ Compression
3/ Allumage
4/ Combustion
5/ Échappement
Histoire
James Watt, inventeur du moteur rotatif à vapeur, a également consacré une partie de ses recherches au moteur à combustion interne de type rotatif. Au cours des 150 dernières années, plus particulièrement, de nombreux moteurs rotatifs ont été proposés par des inventeurs.
En 1846, la structure géométrique de la chambre de travail des moteurs rotatifs actuels fut définie, et le concept du premier moteur utilisant une courbe épitrochoïde fut configuré. (La courbe épitrochoïde est une forme géométrique créée par un point sur un cercle qui se déplace sans glisser sur le périmètre d'un cercle plus grand.)
En 1924, lorsque Felix Wankel, âgé de 22 ans, commença à développer son moteur rotatif, rien n'avait encore été mis en pratique. Wankel étudia et analysa les possibilités offertes par divers types de moteurs rotatifs pour déterminer la version optimum : le carter de forme trochoïde. En partenariat avec le fabricant de motocycles NSU, les années de recherche et de développement de Wankel culminèrent avec l'apparition du premier moteur rotatif Wankel de type DKM, en 1957. Le DKM prouvait que le moteur rotatif n'était pas une chimère.
Mais la structure était compliquée, car le carter trochoïde était lui-même en rotation, ce qui rendait le moteur rotatif peu pratique. Un an plus tard, cependant, le moteur KKM, à carter fixe voyait le jour. C'était le prototype du moteur rotatif Wankel actuel, et en novembre 1959, NSU put annoncer officiellement la création du moteur rotatif Wankel.
Le président de Mazda, M. Tsuneji Matsuda, comprit immédiatement le grand potentiel de ce moteur et négocia personnellement un accord de coopération avec NSU. En 1963, le tout nouveau Service de recherche RE (Rotary Engine - Moteur rotatif) fut lancé, sous la direction de M. Kenichi Yamamoto, dans le but de développer le premier moteur rotatif grand public du monde.
Le 30 mai 1967, Mazda commença à commercialiser la première voiture à moteur rotatif du monde, la Cosmo Sport, affichant une puissance de 110 ch. pour un moteur de type 10A. Les développements qui s'ensuivirent permirent de réduire la consommation de carburant de plus de 40% et d'abaisser substantiellement le niveau des émissions, afin de répondre aux normes environnementales sans cesse plus strictes. 1970 vit la production cumulée des voitures à moteur rotatif passer le cap des 100.000 unités. Dès 1975, on atteignait celui des 500.000 et, en 1978, la barre des 1 million était franchie. Le moteur rotatif s'était définitivement imposé.
Avantages
Plus léger
Comme les pistons, bielles et vilebrequins sont désormais inutiles, le bloc moteur principal du moteur rotatif est plus petit et, donc, plus léger.
Plus petit
Proportionnellement à sa puissance, le moteur rotatif est nettement plus petit qu'un moteur conventionnel. Le nouveau RENESIS est pratiquement de la même taille qu'un quatre cylindres en ligne. En plus de la baisse de poids, les dimensions réduites du moteur rotatif offrent d'autres avantages, puisqu'elles permettent une amélioration du comportement, ainsi qu'une optimisation du positionnement du groupe de transmission et de l'espace réservé au conducteur et aux passagers.
Vibrations plus faibles
Toutes pièces d'un moteur rotatif tournent en permanence dans le même sens, plutôt que de changer violemment de direction comme les pistons d'un moteur conventionnel. Les moteurs rotatifs sont également équilibrés intérieurement par des contrepoids qui permettent d'annuler les vibrations.
Puissance plus élevée
La puissance délivrée par le moteur rotatif est plus douce. Comme chaque événement de combustion s'étend sur 90° de la rotation du rotor, et que chaque arbre de sortie tourne trois fois pour chaque révolution du rotor, chaque événement de combustion s'étend sur 270° de la rotation de l'arbre de sortie. Ce qui signifie que c'est un moteur à rotor unique qui fournit la puissance durant les trois-quarts de chacune des révolutions de l'arbre de sortie. Alors que dans le cas d'un moteur à piston unique, la combustion s'étend sur un quart de chaque révolution de l'arbre de sortie.
Meilleure fiabilité
Le moteur rotatif présente moins de pièces en mouvement qu'un quatre cylindres comparable. Un moteur rotatif à double rotor a trois pièces en mouvement : les deux rotors et l'arbre de sortie. Même le quatre cylindres le plus simple nécessite plus de 40 pièces en mouvement, incluant pistons, bielles, arbre à cames, soupapes, ressorts de soupape, culbuteurs, courroie de distribution, pignons de distribution et vilebrequin.
Le moteur RENESIS
"RENESIS", le nom du tout nouveau concept de motorisation de Mazda provient des termes "ROTARY ENGINE & GENESIS" (MOTEUR ROTATIF ET GENÈSE) symbolisant la nouvelle approche adoptée afin d'améliorer encore cette fascinante technologie. Il s'agit d'une nouvelle approche technique alliant les avantages du moteur rotatif à une consommation et des émissions faibles.
C'est le moteur rotatif à ports latéraux multiples, ou MSP-E, qui a été le point de départ du développement. Le moteur, intégré au concept de la voiture sportive RX-01, fut présenté pour la première fois lors du Salon de l'Automobile de Tokyo en 1995, puis dans une version plus raffinée lors de l'édition 1999 du même salon, avec le concept de la voiture sportive quatre portes RX-EVOLV. RENESIS représente la version finale de production du moteur. Résultat de plusieurs années de développement pointu, il équipe désormais la toute nouvelle Mazda RX-8.
Le groupe de transmission RENESIS est disponible en deux versions : l'option Haute Puissance [177kW (231 ch) produisant 211 Nm à 5.500 tr/min] et l'option Puissance Standard [141kW (192 ch) produisant 220 Nm à 5.000 tr/min].
En matière de design, les caractéristiques du RENESIS sont fondamentalement différentes de celles des moteurs rotatifs actuels. La technologie d'échappement latéral permet de développer réellement l'efficacité du moteur. Le RENESIS est également équipé de nouveaux injecteurs de carburant qui permettent une répartition ultra-fine et des bougies d'allumage hautes performances, optimisant ainsi la combustion du mélange air-carburant. Le collecteur d'échappement est équipé d'une double paroi et préserve les températures d'échappement élevées, réduisant ainsi le temps de chauffage du pot catalytique. Le nouveau système aplati de lubrification à carter humide abrite un carter d'huile de 40 mm, qui est deux fois moins profond que celui des moteurs rotatifs actuels.
Le RENESIS s'illustre également par son acoustique. Il ravira les amateurs de sportives avec ses sons clairs et transparents à haut régime et sa profondeur sonore pour les régimes plus bas. Non seulement le moteur répond avec une incroyablement douceur, mais il peut rugir également comme l'on est en droit de l'attendre de lui.
Le moteur à piston rotatif en automobile
Peu de modèles de voitures seront équipées d’un moteur à piston rotatif.
En France, seul Citroën commercialisera d’abord la M35 expérimentale, petite voiture monorotor, dérivée de l’AMI 8, puis la GS Birotor.
Au Japon, plusieurs modèles seront commercialisés, principalement par Mazda, avec la série des RX.
Il est à noter que Mazda a gagné, en 1991, les 24 heures du Mans en 1991 avec son prototype 787B.