Comment fonctionnent les moteurs rotatifs

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 piston conventionnel.

Dans un moteur à pistons, le même volume d'espace (le cylindre) fait alternativement quatre tâches différentes: admission, compression, combustion et échappement. Un moteur rotatif effectue ces quatre mêmes tâches, mais chacune se déroule dans sa propre partie du boîtier. C'est un peu comme avoir un cylindre dédié pour chacun des quatre travaux, le piston se déplaçant continuellement de l'un à l'autre.

Le moteur rotatif (initialement conçu et développé par le Dr Felix Wankel) est parfois appelé un 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.-

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1. Principes d'un moteur rotatif
2. Les pièces d'un moteur rotatif
3. Ensemble moteur rotatif
4. Puissance du moteur rotatif
5. Différences et défis

Comme un moteur à pistons, 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 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 carter et scellée par une face du rotor triangulaire, ce que le moteur utilise à la place des pistons.

Le rotor suit un chemin qui ressemble à quelque chose que vous créez avec un spirographe. Ce chemin maintient chacun des trois pics du rotor en contact avec le boîtier, créant trois volumes séparés de gaz. Lorsque le rotor se déplace autour de la chambre, chacun des trois volumes de gaz se dilate et se contracte en alternance. C'est cette expansion et cette contraction qui aspire l'air et le carburant dans le moteur, le comprime et rend la puissance utile pendant que les gaz se dilatent, puis expulse l'échappement..

Nous allons jeter un coup d'œil à l'intérieur d'un moteur rotatif pour vérifier les pièces, mais jetons d'abord un coup d'œil à un nouveau modèle de voiture avec un tout nouveau moteur rotatif..

-Mazda RX-8

-Mazda a été un pionnier dans le développement de voitures de série utilisant des moteurs rotatifs. Le RX-7, mis en vente en 1978, était probablement la voiture à moteur rotatif la plus réussie. Mais il a été précédé par une série de voitures à moteur rotatif, de camions et même de bus, à commencer par le Cosmo Sport de 1967. L'année dernière, le RX-7 a été vendu aux États-Unis était 1995, mais le moteur rotatif devrait faire son retour dans un proche avenir..

La Mazda RX-8, une nouvelle voiture de Mazda, a un nouveau moteur rotatif primé appelé le RENESIS. Nommé moteur international de l'année 2003, ce moteur à deux rotors à aspiration naturelle produira environ 250 chevaux. Pour plus d'informations, visitez le site Web de Mazda RX-8.

-Un moteur rotatif possède 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.

Rotor

Le rotor a trois faces convexes, dont chacune agit comme un piston. Chaque face du rotor a une poche à l'intérieur, ce qui augmente le déplacement 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 se scellent sur 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 boîtier. Cet accouplement d'engrenage détermine le chemin et la direction que le rotor prend à travers le carter.

Logement

Le boîtier est à peu près de forme ovale (c'est en fait un épitrochoïde -- consultez cette démonstration Java de la façon dont la forme est dérivée). La forme de la chambre de combustion est conçue de telle sorte que les trois pointes du rotor restent toujours en contact avec la paroi de la chambre, formant trois volumes de gaz scellés.

Chaque partie du boîtier est dédiée à une partie du processus de combustion. Les quatre sections sont:

• Admission
• Compression
• La combustion
• Échappement

Les orifices d'admission et d'échappement sont situés dans le boîtier. Il n'y a pas de vannes dans ces ports. 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

L'arbre de sortie a des lobes ronds montés de manière excentrique, ce qui signifie qu'ils sont décalés de la ligne médiane 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 piston. Au fur et à mesure que le rotor suit sa trajectoire autour du boîtier, il pousse sur les lobes. Puisque les lobes sont montés excentriques sur l'arbre de sortie, la force que le rotor applique sur les 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 a cinq couches principales qui sont maintenues ensemble par un anneau de longs boulons. Le liquide de refroidissement s'écoule à travers les passages entourant toutes les pièces.

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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 venant 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 se déplace autour d'un engrenage plus petit qui est fixé au carter du moteur. C'est ce qui détermine l'orbite du rotor. Le rotor monte également sur le grand lobe circulaire sur l'arbre de sortie.

Ensuite, nous verrons comment le moteur produit réellement de la puissance.

Les moteurs R-otary 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.

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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 dans un moteur à pistons. Le rotor est monté sur un grand lobe circulaire sur l'arbre de sortie. Ce lobe est décalé de la ligne médiane 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 révolution du rotor.

Au fur et à mesure que le rotor se déplace à travers 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.

Admission

La phase d'admission du cycle commence lorsque la pointe du rotor passe par l'orifice d'admission. Au moment où l'orifice d'admission est exposé à la chambre, le volume de cette chambre est proche de son minimum. Lorsque le rotor passe devant l'orifice d'admission, le volume de la chambre se dilate, attirant le mélange air / carburant dans la chambre.

Lorsque le pic du rotor passe par l'orifice d'admission, cette chambre est scellée et la compression commence.

Compression

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 d'allumage, le volume de la chambre est à nouveau proche de son minimum. C'est à ce moment que la combustion commence.

La combustion

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 d'allumage enflamment le mélange air / carburant, la pression monte rapidement, forçant le rotor à bouger.

La pression de combustion oblige le rotor à se déplacer dans la direction qui fait croître le volume de la chambre. Les gaz de combustion continuent de se dilater, déplaçant le rotor et créant de la puissance, jusqu'à ce que le pic du rotor passe par l'orifice d'échappement.

Échappement

Une fois que le pic du rotor passe par l'orifice d'échappement, les gaz de combustion haute pression peuvent s'écouler librement par l'échappement. Au fur et à mesure que le rotor continue de bouger, la chambre commence à se contracter, forçant l'échappement restant hors de l'orifice. Au moment où le volume de la chambre approche de son minimum, le pic du rotor passe par 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 courses de combustion. Mais rappelez-vous, 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 révolution de l'arbre de sortie.

-Il existe plusieurs caractéristiques déterminantes qui différencient un moteur rotatif d'un moteur à pistons typique.

Moins de pièces mobiles

Le moteur rotatif a beaucoup moins de pièces mobiles qu'un moteur à pistons à quatre temps comparable. Un moteur rotatif à deux rotors comprend trois pièces mobiles principales: les deux rotors et l'arbre de sortie. Même le moteur à pistons à quatre cylindres le plus simple a au moins 40 pièces mobiles, y compris des pistons, des bielles, un arbre à cames, des soupapes, des ressorts de soupapes, des culbuteurs, une courroie de distribution, des engrenages 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.

Plus lisse

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 mis en phase pour annuler les vibrations.

La fourniture de puissance dans un moteur rotatif est également plus fluide. Étant donné que chaque événement de combustion dure 90 degrés de la rotation du rotor et que l'arbre de sortie tourne trois tours pour chaque tour du rotor, chaque événement de combustion dure sur 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 chaque deux tours, ou seulement un quart de chaque tour du vilebrequin (l'arbre de sortie d'un moteur à pistons).

Ralentissez

Puisque 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.

Défis

Il y a quelques défis dans la conception d'un moteur rotatif:

• En règle générale, il est plus difficile (mais pas impossible) de faire en sorte qu'un moteur rotatif respecte les réglementations américaines sur les émissions..
• Les coûts de fabrication peuvent être plus élevés, principalement parce que le nombre de ces moteurs produits n'est pas aussi élevé que le nombre de moteurs à pistons.
• Ils consomment généralement plus de carburant qu'un moteur à pistons car l'efficacité thermodynamique du moteur est réduite par la forme longue de la chambre de combustion et le faible taux de compression..

Pour plus d'informations sur les moteurs rotatifs et des sujets connexes, consultez les liens sur la page suivante.

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