Les principaux types de moteurs à combustion interne et de moteurs à vapeur ont un inconvénient commun. Elle consiste dans le fait que le mouvement alternatif nécessite une transformation en mouvement de rotation. Ceci, à son tour, entraîne une faible productivité, ainsi qu'une usure assez élevée des pièces de mécanisme incluses dans divers types de moteurs.
Beaucoup de gens ont réfléchi à la façon de créer un tel moteur dans lequel les pièces mobiles ne tournaient que. Cependant, une seule personne a réussi à résoudre ce problème. Felix Wankel, mécanicien autodidacte, est devenu l'inventeur du moteur à piston rotatif. Au cours de sa vie, cet homme n'a reçu aucune spécialité ni enseignement supérieur. Considérons plus avant le moteur à pistons rotatifs Wankel.
Brève biographie de l'inventeur
Felix G. Wankel est né en 1902, le 13 août, dans la petite ville de Lahr (Allemagne). Pendant la Première Guerre mondiale, le père du futur inventeur est décédé. Pour cette raison, Wankel a dû abandonner ses études au gymnase et trouver un emploi d'assistant commercial dans une librairie d'une maison d'édition. En conséquence, il a développé une passion pour la lecture. Félix a étudié les caractéristiques techniques des moteurs, de l'automobile, de la mécanique par lui-même. Il a tiré des connaissances des livres qui ont été vendus dans la boutique. On pense que le schéma de moteur Wankel mis en œuvre plus tard (plus précisément, l'idée de sa création) a été visité dans un rêve. On ne sait pas si cela est vrai ou non, mais on peut dire avec certitude que l'inventeur avait des capacités extraordinaires, une soif de mécanique et un regard particulier sur beaucoup de choses.
Les premiers types de moteurs
L'inventeur, ayant compris comment il est possible d'effectuer les 4 cycles d'un moteur conventionnel pendant la rotation, a commencé à concevoir. En 1924, Wankel crée un petit atelier. Elle a également servi de laboratoire. C'est ici que Felix Wankel a commencé à étudier les systèmes à piston rotatif. En 1936, le modèle assemblé par l'inventeur intéresse la société BMW. Wankel a reçu l'argent, on lui a donné son propre laboratoire à Lindau.
Là, il était censé développer des prototypes de moteurs d'avions. Cependant, jusqu'à la toute fin de la Seconde Guerre mondiale, pas un seul moteur rotatif Wankel n'a été envoyé en production de masse. Cela était probablement dû au fait que la mise en état de fonctionnement de la conception et la mise en place de la production de masse nécessitaient beaucoup de temps.
Les années d'après-guerre
Après la défaite du fascisme, le laboratoire a été fermé et tout le matériel qui s'y trouvait a été transporté en France. En conséquence, Wankel s'est retrouvé sans emploi. Cela a été facilité par son ancienne appartenance au Parti national-socialiste. Mais après une courte période de temps, Felix a été invité à NSU en tant qu'ingénieur de conception. Cette entreprise était alors considérée comme le plus ancien fabricant de voitures et de motos.
Prototype
En 1957, grâce au soutien de Walter Frede (ingénieur en chef chez NSU), un moteur à piston rotatif est installé pour la première fois sur une voiture. Le moteur a été installé sur NSU Prinz. Cependant, la conception originale était très loin d'être parfaite. C'était tellement compliqué que même pour remplacer les bougies d'allumage, il fallait démonter presque tout le moteur. De plus, la conception était très peu fiable, peu économique et avait un rendement très faible. À cet égard, le moteur Wankel n'est pas entré en série. Les voitures sont allées au convoyeur avec un moteur à combustion interne traditionnel. Néanmoins, le moteur à piston rotatif a prouvé non seulement le droit d'exister, mais a également démontré un potentiel impressionnant pour l'époque. Les perspectives d'utilisation étaient si attrayantes que rien ne pouvait arrêter les ingénieurs concepteurs. L'inventeur lui-même a compris que son idée avait besoin d'être améliorée, il s'est efforcé de faire en sorte que le fonctionnement et la réparation du moteur causent le moins de difficultés possible. A partir de ce moment, un travail actif a commencé pour amener le moteur à l'excellence opérationnelle.
Moteur Wankel : conception
Qu'est-ce qu'un moteur ? Il y a un trou rond au centre du rotor. Il est recouvert de dents de l'intérieur, comme sur un engrenage. Un arbre de plus petit diamètre est inséré dans le trou. Il a aussi des dents. Ils empêchent l'arbre de glisser. Les rapports des diamètres sont choisis de manière à ce que le déplacement des sommets des triangles soit effectué le long d'une courbe fermée. On l'appelle "épitrochoïde". La tâche de Wankel était d'abord de comprendre que le fonctionnement d'un tel mécanisme est possible. Ensuite, il a dû tout calculer avec précision et correctement. De ce fait, le piston, réalisé sous la forme d'un triangle de Reuleaux, découpe trois chambres de position et de volume variables.
Particularités
La caractéristique de conception du moteur est nettement supérieure à celle des moteurs conventionnels. En particulier, l'étanchéité des chambres est assurée par des plaques d'étanchéité terminale et radiale. Ils sont pressés contre le "cylindre" à l'aide de ressorts à bande, de pression de gaz et de forces centrifuges. Les caractéristiques du moteur en termes de performances méritent une attention particulière. Pendant tout le cycle, l'arbre fait 3 tours complets. Dans un moteur à pistons conventionnel, ce résultat peut être obtenu en utilisant six cylindres.
Introduction à l'industrie
Après une première démonstration réussie en 1957, le moteur Wankel intéresse les plus grands géants de l'automobile de l'époque. Ainsi, Curtiss-Wright est devenue la première entreprise à acheter la licence. Un an plus tard, l'invention a commencé à être utilisée par des entreprises aussi connues que Mazda, Friedrich Krupp, MAN et Daimler-Benz. En un laps de temps assez court, des licences ont été acquises par une centaine d'entreprises, dont celles de renommée mondiale : Ford, BMW, Porsche, Rolls-Royce.
Avantages
Quels sont les avantages du moteur Wankel ? Le principe de fonctionnement du moteur est que la mise en œuvre de tout cycle à quatre temps s'effectue sans l'utilisation d'un mécanisme de distribution de gaz. Cela simplifie grandement la conception du moteur. Dans un moteur à pistons 4 temps conventionnel, il y a environ un millier d'éléments supplémentaires. L'énorme intérêt des plus grandes entreprises automobiles a été causé par le potentiel de la conception. Les avantages incontestables sont la facilité de production, la simplicité de la réparation du moteur, la compacité et le faible poids. Tout cela contribue à améliorer la contrôlabilité de la machine, facilite la localisation de la transmission.
La compacité du moteur vous permet de créer un intérieur confortable et assez spacieux. Les modèles de moteurs avancés sont capables de développer une puissance élevée avec une consommation de carburant assez économique. Par exemple, un moteur moderne d'un volume de 1300 cm 3 a 220 litres. avec. Si vous équipez le moteur Wankel d'un turbocompresseur, vous pouvez obtenir une puissance allant jusqu'à 350 ch. avec. Un autre avantage de la conception est le très faible niveau de vibrations et de bruit. Le moteur Wankel est équilibré mécaniquement. La réduction du bruit et des vibrations est obtenue grâce à un petit nombre de pièces (elles sont 40 % inférieures à celles des moteurs traditionnels). Il convient également de noter les caractéristiques dynamiques du moteur. En petite vitesse sans trop de charge, vous pouvez accélérer la voiture à 100 km / h à grande vitesse. La conception du moteur n'a pas de mécanisme qui convertit le mouvement alternatif en rotation. De ce fait, le moteur Wankel peut supporter des vitesses élevées par rapport aux moteurs à combustion interne traditionnels.
Fin de l'euphorie
En 1964, la voiture NSU Spyder est sortie, puis le légendaire modèle Ro 80. Et maintenant, il existe de nombreux clubs pour les fans de ces voitures dans le monde. Ensuite, des modèles tels que la Corvette XP, la Mercedes C-111, la Citroën M35 sont sortis de la chaîne de montage. Cependant, la seule entreprise qui a commencé la production de masse était Mazda. Depuis 1967, elle a produit 2-3 nouvelles voitures avec RPD. Le moteur Wankel a été installé sur des avions légers, des motoneiges et des bateaux. En 1973, l'euphorie prend fin. A cette époque, la crise pétrolière battait son plein. C'est au cours de cette période que le principal inconvénient du RPD est apparu - l'inefficacité. À l'exception de Mazda, tous les constructeurs ont réduit leurs programmes de production de voitures à moteur rotatif. Cependant, seule Mazda a continué à produire de telles voitures. La société a considérablement réduit ses ventes en Amérique.
Inconvénients du RPD : fragilité et manque de fiabilité
Outre les avantages, les moteurs rotatifs présentaient également des inconvénients importants. Tout d'abord, ils ont été de très courte durée. Ainsi, l'un des premiers modèles RPD lors des tests a élaboré la totalité de la ressource en 2 heures. Un prototype plus réussi a pu résister à 100 heures. Cependant, cela ne garantissait pas le fonctionnement normal de la machine. Le principal problème était l'usure inégale de la surface intérieure de la chambre. Au cours du travail, des sillons transversaux se sont formés dessus. Ils reçurent un nom très éloquent : « marques du diable ». Après avoir obtenu une licence, Mazda a formé un département spécial chargé d'améliorer le moteur. Il est vite devenu clair que lors de la rotation du rotor, les bouchons situés sur ses sommets se mettent à vibrer. De ce fait, ces sillons apparaissent. Aujourd'hui, le problème de la durabilité et de la fiabilité est résolu. Pour cela, des revêtements de haute qualité, y compris des revêtements en céramique, sont utilisés dans la production.
Haute toxicité des gaz d'échappement
C'est un autre inconvénient de RPD. Comparé aux moteurs traditionnels, le moteur Wankel émet moins d'oxydes d'azote, mais beaucoup plus d'hydrocarbures, en raison d'une combustion incomplète du carburant. Les ingénieurs de Mazda ont rapidement trouvé une solution efficace au problème. Des experts ont créé un "réacteur thermique". C'est la « postcombustion » des hydrocarbures. La Mazda R 100 a été la première voiture à utiliser cet élément. En 1968, un autre modèle de "réacteur thermique", le Familia Presto Rotary, est sorti. Cette voiture, l'une des rares, a immédiatement passé avec succès un test environnemental assez rigoureux proposé par les États-Unis en 1970 pour les véhicules importés.
économie
C'est un autre problème avec RPD. Cela découle en partie de ce qui précède. La consommation de carburant dans un RPD standard est beaucoup plus élevée que celle d'un moteur à combustion interne. Ce problème a de nouveau été résolu par les spécialistes de Mazda. En mettant en œuvre un ensemble de mesures, dont la refonte du carburateur et du thermoréacteur, l'ajout d'un échangeur de chaleur au système d'échappement, la création d'un nouvel allumage et le développement d'un convecteur catalytique, les ingénieurs ont obtenu une réduction de 40 % de la consommation. Cela a conduit à la sortie du RX-7 en 1978.
Production domestique
En plus de Mazda, AvtoVAZ a également produit des voitures avec RPD. En 1974, un bureau d'études spécial a été formé à l'usine. À Tolyatti, la construction d'ateliers pour la production en série de RPD a commencé. En raison du fait qu'au départ, on supposait que VAZ copierait simplement la technologie occidentale, il a été décidé de reproduire le moteur Mazda. Dans le même temps, de nombreuses années de développement des instituts nationaux de construction de moteurs n'ont pas du tout été prises en compte.
Des négociations ont eu lieu entre Wankel et les responsables soviétiques pendant assez longtemps. Certaines réunions ont eu lieu directement à Moscou. Cependant, il n'y avait pas assez d'argent, donc certaines technologies ne pouvaient pas être utilisées. En 1976, le premier moteur VAZ-311 à une seule section a été produit. Sa puissance était de 65 litres. avec. Au cours des cinq années suivantes, la conception a été peaufinée. Après cela, l'usine a produit 50 prototypes de voitures avec un moteur Wankel. Ils se sont instantanément dispersés parmi les employés de l'entreprise. Cependant, il est vite devenu clair que le moteur des voitures ne ressemblait qu'à un moteur japonais. Sa conception était extrêmement peu fiable. En six mois, tous les moteurs ont été remplacés et le personnel du bureau d'études a été réduit.
Cependant, la production nationale du moteur a été sauvée par les services spéciaux. Ils n'étaient pas trop préoccupés par les ressources de conception et la consommation de carburant. Ils étaient plus attirés par les caractéristiques dynamiques du moteur. En peu de temps, une section en deux a été assemblée à partir de deux moteurs VAZ-311. Sa puissance a presque doublé - jusqu'à 120 ch. avec. Le moteur a été placé sur une unité spéciale - VAZ-21019. Ce modèle a reçu le nom officieux "Arkan".
Réaffectation
Les commandes spéciales insufflent une seconde vie au bureau d'études. VAZ a commencé à produire des moteurs pour les sports automobiles et nautiques. Les machines ont commencé à gagner souvent les premières places. Les responsables sportifs, à leur tour, ont été contraints d'interdire l'utilisation des RAP. En 1987, Shnyakin a remplacé Pospelov (chef du bureau d'études). Il n'aimait pas les transports terrestres, se tournant davantage vers l'aviation. Dès le début de sa direction, SKB a réorienté ses activités vers la production de moteurs pour avions. Ce n'était pas la bonne stratégie, car le pays produit beaucoup moins d'avions que de voitures. L'usine a également réalisé des bénéfices principalement grâce à la vente de véhicules automobiles.
L'erreur suivante a été la réorientation vers des moteurs de faible puissance. Les Japonais installent le RPD sur les voitures de sport. Et VAZ a produit des modèles de petite capacité de l'Oka, malgré le fait qu'il serait plus opportun de mettre des moteurs dynamiques sur des voitures plus rapides. D'une manière ou d'une autre, il y avait plusieurs minicars "Oka" avec RPD sur les routes nationales. En 1998, la version civile du moteur rotatif à deux cylindres de 1,3 litre était enfin terminée. Il a été installé sur les modèles VAZ 2107-2109 et 2105.
Pour terminer
Pourquoi les principaux fabricants mondiaux ne sont-ils pas encore complètement passés à la production de machines avec RPD ? Le fait est que pour la fabrication de tels moteurs, il faut avant tout une technologie très précise, qui comprend de nombreuses nuances différentes. Toutes les entreprises, même les plus grandes, ne peuvent pas suivre le chemin de Mazda. De plus, il s'agit du matériel. Pour la production du moteur Wankel, des machines de haute précision pour tourner les surfaces avec un épitrochoïde sont nécessaires. Pour l'équipement utilisé aujourd'hui dans les usines, un tel travail est tout à fait faisable. Aujourd'hui, seule Mazda est engagée dans des recherches sérieuses sur la RPD. Les ingénieurs de l'entreprise améliorent constamment la conception, résolvant de nombreux problèmes différents. Les moteurs rotatifs produits au Japon répondent aux normes mondiales de fiabilité, de consommation de carburant et de respect de l'environnement.
Il n'y avait pas d'innovations techniques spéciales sur les voitures soviétiques de masse - pas de diesel, pas de transmission automatique, pas de suspension hydropneumatique, pas de turbocompresseur. Dans un vaste pays, toutes les voitures étaient demandées - et, pour diverses raisons, des conceptions assez simples et maintenables étaient produites en série.
Il est encore plus surprenant que "les Soviétiques aient leur propre fierté", et quel moteur à pistons rotatifs conçu pour les voitures de tourisme ! De plus, le «thème rotatif» était envahi de rumeurs, de spéculations et de légendes au début des années 80, et même l'apparition de voitures VAZ avec RPD en vente libre dans les folles années 90 n'a pas mis les points sur les i.
Précurseurs : Félix Heinrich Wankel
Felix Wankel, ingénieur allemand autodidacte, a commencé à développer le moteur à pistons rotatifs dans les années vingt, mais dans la période d'avant-guerre, il n'a pas réussi à perfectionner les prototypes de moteurs d'avion, malgré le soutien de BMW et du ministère de l'aviation. .
Après la Seconde Guerre mondiale, l'équipement de Wankel a été démantelé et emmené en France. Malgré cela, l'ingénieur de conception n'a pas cessé de travailler sur son propre RPD - maintenant avec le soutien de NSU. Au milieu des années 50, Wankel a terminé la partie théorique et en 1957 a produit un prototype, basé sur les résultats des tests dont les modifications nécessaires ont été apportées à la conception.
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Père de Rotor - Felix Wankel
Le travail de Wankel n'était en aucun cas de nature "académique": en 1963, la production du premier modèle NSU de série, le Prince Spyder, a commencé, puis la berline de classe affaires NSU Ro 80 a également été équipée d'un moteur innovant.
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Lorsqu'Audi a "hérité" de la marque NSU et de ses développements, elle a même sorti un prototype de l'Audi KKM basé sur le "tissage" de deuxième génération. À l'avenir, le sujet des moteurs Wankel n'a pas été poursuivi chez Audi.
Cependant, assez rapidement, les caractéristiques du RPD l'ont empêché de remporter une victoire sur le marché par rapport aux ICE à piston traditionnels avec un mécanisme à manivelle. Néanmoins, au cours des années de production en série de moteurs Wankel, de nombreux grands constructeurs automobiles ont acquis un brevet pour le droit de produire de telles unités, dont certaines ont commencé à développer sérieusement et pendant longtemps le «thème du rotor». Le fabricant de RPD le plus célèbre est peut-être la société japonaise Mazda, qui a créé le moteur Renesis.
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Mazda a immédiatement commencé à équiper ses coupés sportifs d'une conception de moteur inhabituelle.
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Mazda a immédiatement commencé à équiper ses coupés sportifs d'une conception de moteur inhabituelle.
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Mazda Roadpacer - sous ce nom, les Japonais ont vendu la berline australienne Holden avec son RPD aux États-Unis !
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Au cours de décennies de production, c'est la société japonaise Mazda qui a «évoqué» le rotor - bien sûr, dans la mesure du possible.
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Au cours de décennies de production, c'est la société japonaise Mazda qui a «évoqué» le rotor - bien sûr, dans la mesure du possible.
Fabriqué en URSS
Comment l'idée de commencer à produire des moteurs à pistons rotatifs a-t-elle pu surgir chez VAZ ?
Diverses conceptions alternatives de moteurs à pistons ont été élaborées en URSS au milieu du XXe siècle - bien sûr, pas pour l'industrie automobile, mais pour l'aviation. Potentiellement, ces moteurs pourraient fournir un rendement plus élevé, ce qui était particulièrement précieux dans la construction aéronautique. Directement au sujet du RPD en Union soviétique a commencé dans la période "pré-VAZ" - sous la direction du Minavtoprom et du ministère de l'Agriculture, trois instituts de recherche (NAMI, NATI et VNIImotoprom) ont commencé des travaux de recherche sur la création du RPD .
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Par conséquent, le développement de Wankel et sa mise en œuvre pratique sur les voitures de série en Union soviétique ne sont pas passés inaperçus. De plus, un moteur léger et puissant pourrait devenir en demande pour certains véhicules à usage spécial - par exemple, les soi-disant "catch-ups" ou voitures de sport.
Traditionnellement, pour l'industrie automobile de l'URSS, une décision volontaire ne pouvait être prise que «au sommet», c'est-à-dire au niveau du ministère.
Cependant, le rotor de VAZ a été repris sur ordre du directeur général de l'usine automobile de la Volga en 1973 - semble-t-il, à leur propre discrétion. Mais tout n'est pas si simple: avant de passer à un nouveau projet - la construction du géant automobile de la Volga, en 1965, Viktor Nikolayevich Polyakov a été vice-ministre de l'industrie automobile de l'URSS et, en 1975, il est complètement retourné au président ministériel, à la tête du Minavtoprom L'URSS. Ainsi, on peut affirmer que les travaux sur le rotor ont été approuvés « sans deux minutes » par le ministre de l'Industrie automobile et son ancien adjoint en une seule personne.
Ainsi, après la publication de l'ordre correspondant du directeur général, un bureau d'études spécial a été créé, dont la tâche était non seulement de développer des moteurs de sa propre conception, mais également d'éliminer les «défauts génériques» du moteur Wankel, que les soviétiques les concepteurs étaient déjà au courant.
Contrairement à ses collègues occidentaux, la «propre conception» en URSS signifiait vraiment le développement de sa propre version, et non l'achat d'un brevet ou d'une licence prête à l'emploi. Comme dans le cas d'une transmission automatique, faute d'options, les ingénieurs soviétiques ont été contraints de créer leur propre version du moteur Wankel à une section, après avoir démonté un RPD japonais pour cela. Cependant, au préalable pour les «tests sur le terrain», le moteur, retiré de la Mazda RX-2 spécialement achetée pour les travaux sur le rotor, a été installé sur le Zhiguli du troisième modèle.
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Mazda RX-2 est devenu un donateur pour VAZ à la fois de la conception et du tout premier RPD installé sur le Zhiguli
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Mazda RX-2 est devenu un donateur pour VAZ à la fois de la conception et du tout premier RPD installé sur le Zhiguli
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Mazda RX-2 est devenu un donateur pour VAZ à la fois de la conception et du tout premier RPD installé sur le Zhiguli
Déjà au début, VAZ était confronté au fait que, malgré sa compacité et son rapport puissance/poids élevé, le RPD léger et puissant n'était pas très économique et respectueux de l'environnement, et se distinguait également par une défaillance fréquente des joints. En fait, ce problème a été combattu pendant des décennies par tous ceux qui ont pris des moteurs Wankel, à commencer par l'ingénieur allemand lui-même - le porteur de ce nom de famille. Et, soit dit en passant, c'est la faible fiabilité des joints qui a été à l'origine de la panne rapide des moteurs de la NSU Ro-80, qui a obligé le constructeur à cesser rapidement de produire cette voiture et à «fermer le thème rotatif».
Le premier prototype du SKB RPD sous la désignation VAZ-301 était déjà prêt en 1976, mais il était trop tôt pour parler de lancement du rotor à Togliatti - la conception s'est avérée clairement «brute».
La version VAZ du moteur à piston rotatif a même été appréciée par ... Felix Wankel lui-même, qui a spécialement visité l'usine automobile de la Volga pour cela. Le "père du rotor" a approuvé la disposition générale du Togliatti RPD.
Déjà en 1982, le VAZ-21018 a été démontré - le VAZ-21011 habituel avec un moteur VAZ-311 d'une puissance de 70 ch.
Afin d'identifier les défauts de conception dans des conditions réelles, un lot de 50 moteurs a été produit, qui ont été installés sur cinq douzaines de Zhiguli, mais à peine six mois plus tard, tous les moteurs, sauf un (!), A dû être remplacé par des moteurs traditionnels ceux. Les joints et les roulements ont rapidement échoué et, de plus, le moteur s'est avéré mal équilibré et assez vorace.
Sur terre et au ciel
Après le premier échec grave et les sanctions disciplinaires qui ont suivi, VAZ n'a pas cessé de travailler sur les rotors, mais a finalement décidé de passer d'une conception à une section à une conception à deux sections. Un tel moteur était potentiellement non seulement plus puissant, mais aussi plus fiable.
À cette époque, le rotor soviétique avait potentiellement déjà une portée assez tangible - par exemple, pour l'installation sur les voitures officielles des forces spéciales de la police de la circulation, du ministère de l'Intérieur et du KGB. Sur les véhicules départementaux, des défauts tels que la meilleure économie de carburant sont passés au second plan et les performances dynamiques élevées étaient d'une importance décisive. Il est très important que lorsqu'ils opèrent sur des véhicules officiels, les spécialistes VAZ puissent obtenir des informations détaillées sous la forme de rapports standardisés sur les lacunes et les défauts identifiés dans la pratique, mais dans plus ou moins les mêmes conditions, ce qui garantit une certaine objectivité de l'évaluation.
De temps en temps, la presse soviétique parlait peu du moteur d'une conception inhabituelle.
En 1983, deux nouveaux RPD à deux sections ont été développés - le VAZ-411 d'une capacité de 110 à 120 chevaux et le VAZ-413 de 140 chevaux. Il était supposé que les rotors seraient installés non seulement sur le Zhiguli "natif" de divers modèles de l'usine, mais également sur d'autres véhicules des forces de l'ordre - en particulier la Volga. Bien entendu, l'installation d'un tel groupe motopropulseur sur une berline de l'usine automobile de Gorky a nécessité un raffinement correspondant du support et de certaines unités de transmission.
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VAZ-21059 - rotatif "cinq". Toujours pas de différence avec l'extérieur habituel.
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VAZ-21059 - rotatif "cinq". Toujours pas de différence avec l'extérieur habituel.
Dans le même temps, les aviateurs ont également attiré l'attention sur les RPD presque prêts à l'emploi, qui ont ordonné au Bureau Togliatti de développer une variante à utiliser sur les hélicoptères et les avions légers.
Cependant, de nombreuses autres entreprises se sont intéressées au type de moteur à piston rotatif, ce qui a commandé le développement d'unités pour bateaux, amphibiens et même motos à Togliatti ! L'usine a fourni ces services dans le cadre de contrats aux conditions de l'autofinancement, qui était largement utilisé à l'époque, de sorte que les activités du Bureau de conception spécial n'étaient pas non rentables pour VAZ. En outre, des prototypes de moteurs d'avion VAZ-416 et VAZ-426 ont déjà été développés à l'ère du fonctionnement du STC VAZ au milieu des années 90.
Différents types d'applications RPD ont permis aux concepteurs de comprendre que les solutions de conception des moteurs d'automobile et d'avion ne peuvent pas être complètement identiques en raison d'une différence significative dans les modes de fonctionnement des moteurs dans le transport aérien et routier.
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Genre complexe "antilope": l'histoire de la création du VAZ-2110
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Par conséquent, le développement simultané d'un rotor «unique» n'a aucune signification pratique - le travail peut plutôt être combiné en fonction de la base technologique et de production, et non en fonction de solutions spécifiques.
RPD et traction avant
La question se pose : qu'en est-il des voitures à traction avant ? VAZ n'a-t-il vraiment pas prêté attention à son propre "huit"?
Bien sûr, il a attiré l'attention: les travaux sur le RPD pour une famille fondamentalement nouvelle ont commencé alors que le VAZ-2108 venait juste d'être préparé pour la production - en 1979, mais ils sont revenus sur le sujet du «rotor à traction avant» plus spécifiquement à le début de la perestroïka, après avoir conclu un accord avec l'usine automobile de Zaporozhye. Et déjà en 1987, des prototypes du VAZ-414 ont été développés pour les voitures à traction avant VAZ et ZAZ, et à Togliatti, ils ont créé une version de leur RPD de 40 chevaux sous l'indice 1185 même pour ... Oka! Mais à l'avenir, la direction a donné la préférence à la direction de l'aviation et les travaux sur les RPD automobiles ont été suspendus.
La production à petite échelle d'une modification inhabituelle du Zhiguli basée sur les "cinq" s'est poursuivie jusqu'à l'effondrement de l'URSS, bien que les achats gouvernementaux de tels véhicules par les forces de l'ordre aient été assez faibles et que les voitures avec des rotors sous le capot n'aient pas été vendues " sur le côté".
Mais bientôt, l'usine n'était plus du tout à la hauteur de ses propres nouveaux développements - à la fin des années quatre-vingt, le soutien de l'État aux usines automobiles a été réduit et les ouvriers de l'usine n'avaient plus rien à faire - par exemple, la création d'un or prometteur.
Dernière voiture RPD VAZ
VAZ n'est revenu sur le sujet des moteurs automobiles rotatifs que pendant la période russe d'activité de l'usine, trouvant une opportunité de «sortir du tissu» un développement intéressant même dans les difficiles années nonante. En effet, dans le monde à cette époque, il y avait depuis longtemps des modifications «réchauffées» des berlines urbaines ordinaires, avec lesquelles le VAZ RPD était tout à fait comparable en termes de puissance développée.
La présence d'un tel moteur sur les voitures de la famille 2108 pourrait «encourager» l'intérêt des consommateurs - du moins à Togliatti, ils comptaient dessus.
Même dans des conditions difficiles, le nouveau RPD pour Samara a été maîtrisé assez rapidement - heureusement, le moteur VAZ-415 n'a pas eu besoin d'être développé à partir de zéro. Certaines sources affirment que les travaux de finition lors de sa transformation en un produit de série ont été effectués assez rapidement ou avec peu de succès, à la suite de quoi le moteur a conservé un certain nombre de défauts inhérents au reste des RPD VAZ. Cependant, il existe un autre avis selon lequel ce moteur, au contraire, a absorbé tous les avantages des développements passés - à la fois une ressource suffisante, connue du 413e moteur, et une disposition «dense» héritée du VAZ-414.
Presque simultanément, les classiques ont également été mis à jour: en 1992, sur la base des "sept", la production d'une modification du Zhiguli VAZ-21079 avec un moteur VAZ-4132 de 140 chevaux a commencé.
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Le septième modèle était le dernier Zhiguli avec RPD
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Le septième modèle était le dernier Zhiguli avec RPD
Cependant, en 1997, le VAZ-415 a finalement reçu un certificat lui permettant d'être installé sur des voitures de série ordinaires, qui sont rapidement apparues chez les concessionnaires automobiles.
"Dans la vie civile": devenu accessible aux simples mortels, le RPD est immédiatement apparu sur les pages des publications automobiles russes
Bien sûr, le prix de la voiture a augmenté de manière tout à fait tangible à cette époque de 2,2 à 2,5 mille dollars, mais la dynamique du G8 s'est améliorée d'un ordre de grandeur. Après tout, 120-140 chevaux "rotatifs" ont permis d'en gagner une centaine à l'arrêt en 8-9 secondes, et la vitesse maximale réelle s'est approchée des 200 km / h chéris. La consommation de carburant, bien sûr, variait en même temps de 8 à 14 litres. Mais le moteur rotatif compact a tourné jusqu'à 8 000 tours époustouflants, procurant au «pilote» des sensations incomparables avec l'accélération d'un «ciseau» conventionnel.
Le RPD-415 sous le capot du VAZ-2108 semble assez organique. Mais en même temps, le moteur est nettement plus compact que le moteur natif. Photo: Alexandre Podzolkov
RPD a toujours été célèbre pour son "caractère chaud", il avait donc besoin d'un refroidisseur d'huile comme l'air. Ou de l'eau. En général, pour le refroidissement. Photo: Alexandre Podzolkov
La vue de dessous laisse entendre qu'il s'agit d'une sorte de "huit" très difficile. Photo: Alexandre Podzolkov
L'allumage par microprocesseur peut également être trouvé sur le VAZ-2108 avec un moteur à combustion interne conventionnel. Mais très rarement. Photo: Alexandre Podzolkov
Hélas, dans le même temps, le rotor, obscur pour la plupart, restait une «chose en soi» - les mécaniciens ordinaires ne connaissaient pas la technologie pour sa réparation et les pièces de rechange n'étaient vendues dans aucun magasin du coin.
De plus, à cette époque, il prenait déjà de l'ampleur sur les moteurs VAZ ordinaires, et sur le RPD, le carburateur Solex archaïque était toujours en charge de la puissance.
Le mélange RPD a été préparé par le Solex familier, mais avec ses propres ajustements. Le "secteur gaz" avait un levier supplémentaire pour entraîner la pompe à huile doseuse - lubrificateur. Photo: Alexandre Podzolkov
Vue de dessus du VAZ-415 avec un carburateur démonté. Photo: Alexandre Podzolkov
Et, malgré la présence d'un système d'allumage à microprocesseur (MPSZ), le rotor ne pouvait se vanter de la complaisance et (surtout !) de la durabilité d'un ICE à piston classique. En effet, avec une ressource déclarée de 125 000 km, de nombreux moteurs ont commencé à "mourir" rapidement après 50 000 km, ce qui a été facilité par l'utilisation de la "mauvaise" huile. Comme pour les voitures Mazda japonaises avec RPD, dans le même temps, le démarrage du moteur s'est fortement détérioré et la consommation d'huile a augmenté pour les déchets, et à l'avenir, le moteur pourrait complètement tomber en panne.
L'étanchéité des joints est un point sensible de tout RPD, pas seulement du VAZ-415. Photo: Alexandre Podzolkov
De nombreuses sociétés de réglage qui sont apparues à Tolyatti et autour d'elle comme des champignons après la pluie à cette époque proposaient des programmes de réglage pour les moteurs conventionnels de différents budgets et degrés d'intervention, ce qui permettait de retirer presque la même puissance que le rotor sans perte notable de Ressource. Mais RPD avec un système d'alimentation traditionnel était impossible à intégrer dans les prochaines normes environnementales Euro 2, auxquelles l'injection VAZ nouvellement maîtrisée correspondait sans problème.
En raison de la non-production de masse à l'avenir, ni le travail ni la production du RPD lui-même n'étaient très intéressants pour VAZ, car, comme dans l'histoire de Mazda, ils ne pouvaient être dictés que par des considérations d'image. Ce qui dans le cas de l'usine automobile de Togliatti n'était pas un argument assez fort...
Pour un certain nombre de raisons énumérées, déjà au début des années 2000, le rotor VAZ a commencé à perdre fortement de son élan. Oui, le VAZ-415 a réussi à essayer même le «dix» et le «tag» dans les modifications 2110-91 et 2115-91, respectivement, mais bientôt la production de moteurs rotatifs chez VAZ a été interrompue, et le SKB RPD lui-même, qui a développé son dernier produit en 2001, a été réenregistré.
Près de quatre douzaines de développements en 26 ans - les concepteurs de SKB RPD ont beaucoup travaillé sur le thème rotatif
Après 2004, les activités du bureau d'études dans le cadre des travaux sur les moteurs RPD sont définitivement arrêtées, et vers 2007, les équipements sont partiellement démontés et éliminés. Il semble que le point final ait été mis à ce sujet dans l'histoire du rotor soviéto-russe.
Regrettez-vous que les VAZ rotatifs n'aient pas fonctionné?
Alors que les automobiles à moteur à combustion interne à pistons étaient déjà largement répandues dans le monde, certains ingénieurs ont tenté de développer des moteurs rotatifs tout aussi efficaces et puissants. Un succès significatif a été obtenu par des spécialistes allemands, ce qui n'est pas surprenant, car c'est dans ce pays que la voiture a été inventée.
Un peu d'histoire
En 1957, le monde a vu le premier moteur à piston rotatif. Par la suite, il a été nommé d'après l'un des développeurs - Felix Wankel. La deuxième personne, Walter Freude, impliqué dans le processus d'invention, est tombé injustement dans l'ombre du co-auteur. Les deux ingénieurs étaient des représentants de la société allemande NSU, qui produisait des voitures et des motos.
Un an plus tard, la première voiture avec RPD est sortie. Malheureusement, même les concepteurs en chef n'étaient pas satisfaits du modèle de la nouvelle machine. Le moteur a été finalisé et à la fin des années 60, une berline est née, qui a reçu le titre de "Voiture de l'année". C'était un Ro-80 de la même société NSU. Jusqu'à 100 km, il accélérait en seulement 12,8 s, atteignait des vitesses allant jusqu'à 180 km/h, et pesait un peu plus d'une tonne. A cette époque, c'étaient des indicateurs grandioses. La licence pour la production de moteurs rotatifs a commencé à être immédiatement acquise par une entreprise automobile après l'autre.
On ne sait pas comment le destin de l'invention de Wankel aurait évolué si la crise énergétique n'avait pas commencé en 1973 et que les prix du pétrole avaient fortement augmenté. Le moteur rotatif à combustion interne consommait trop de carburant, ils ont donc commencé à abandonner son utilisation.
À la fin des années 90, seuls la Russie et le Japon produisaient des voitures équipées de moteurs Wankel. Les voitures VAZ russes équipées de RPD sont peu connues, mais les modèles japonais ont réussi à atteindre une popularité mondiale.
À l'heure actuelle, les voitures à moteur rotatif ne sont produites que par Mazda. Les spécialistes japonais ont réussi à améliorer le moteur automobile à tel point qu'il a commencé à consommer 2 fois moins d'huile et 40% moins de carburant. Les émissions ont également été réduites et le moteur répond désormais aux normes environnementales européennes. Un nouveau cycle dans le développement du RPD a été l'utilisation de l'hydrogène comme carburant.
Bases d'un moteur rotatif
Pour comprendre le fonctionnement d'un moteur rotatif, il faut comprendre son dispositif. Deux parties importantes du RPD sont le rotor et le stator. Le rotor monté sur l'arbre tourne autour d'un engrenage fixe - le stator. La connexion avec l'engrenage se fait par une roue dentée. Le rotor est en acier allié et placé dans un boîtier cylindrique.
Le rotor du moteur en coupe transversale a une forme triangulaire, ses bords sont convexes et trois pics sont constamment en contact avec la surface intérieure du boîtier. Ainsi, l'espace du cylindre est divisé en trois chambres. En raison de la rotation, le volume des chambres change. À un moment donné, en raison de la forme du profil du corps, il y a quatre caméras.
- Au premier étage, le carburant est lancé dans l'une des chambres par une ouverture (fenêtre d'entrée).
- De plus, le volume de la chambre avec du carburant diminue, la fenêtre d'entrée se ferme complètement et la compression du carburant commence.
- À l'étape suivante, quatre chambres sont formées, des bougies (il y en a deux) s'allument, le carburant s'enflamme et le travail utile du moteur est effectué.
- Avec une rotation supplémentaire du rotor, une fenêtre de sortie s'ouvre, dans laquelle sortent les produits de combustion (gaz d'échappement).
Dès que le port de sortie se ferme, le port d'entrée s'ouvre et le cycle se répète.
Un cycle de travail est effectué en un tour complet de l'arbre. Pour qu'un moteur à piston fasse le même travail, il doit s'agir d'un moteur à deux cylindres.
Pour assurer l'étanchéité, des plaques d'étanchéité sont installées sur les sommets du rotor. Ils sont pressés contre le cylindre par des ressorts et la force centrifuge, et une pression de gaz est également ajoutée.
Pour mieux comprendre comment fonctionne un moteur rotatif, et de quoi il s'agit en général, il faut étudier le schéma. Il montre la section transversale de l'unité et les processus qui se produisent pendant le mouvement du rotor. Le schéma d'un moteur rotatif montre par quelles étapes le rotor passe, jouant le rôle d'un piston.
Types de moteurs rotatifs
Les moteurs rotatifs les plus anciens sont les moulins à eau, dans lesquels la roue tourne sous l'action de l'eau et transfère de l'énergie à l'arbre. Le dispositif d'un moteur rotatif moderne fonctionnant au carburant est beaucoup plus compliqué. Dans celui-ci, la caméra peut être:
- Fermé hermétiquement;
- contact permanent avec l'environnement extérieur.
Le premier type d'appareils est utilisé sur les véhicules, et le second sur les turbines à gaz. Les moteurs à chambre fermée, à leur tour, sont divisés en plusieurs types. La classification des moteurs rotatifs est la suivante.
- Le rotor tourne alternativement dans un sens, puis dans l'autre sens, son mouvement est irrégulier.
- La rotation se produit dans un sens, mais la vitesse change, le mouvement est pulsé.
- Moteurs avec volets d'étanchéité réalisés sous forme de pales.
- Rotor à rotation uniforme avec des volets qui se déplacent avec le rotor et agissent comme un joint.
- Moteurs avec un rotor faisant un mouvement planétaire.
Il existe également deux autres types de moteurs rotatifs dans lesquels l'élément principal tourne uniformément. Ils diffèrent par l'organisation de la chambre de travail et la conception des joints. Le moteur Wankel appartient au cinquième élément de la liste ci-dessus.
Avantages de la SPR
Après avoir considéré le dispositif d'un moteur rotatif et le principe de fonctionnement, on peut comprendre qu'il est complètement différent d'un moteur à piston. Le moteur rotatif à combustion interne est plus compact, se compose de moins de pièces et sa densité de puissance est supérieure à celle d'un moteur à pistons.
Les RPD sont plus faciles à équilibrer pour réduire les vibrations au minimum. Cela vous permet de l'installer sur des véhicules légers, comme les microcars.
Le nombre de pièces est inférieur à celui d'un moteur à pistons de près de 2 fois. Les dimensions sont également beaucoup plus petites, et cet avantage simplifie la répartition du poids le long des axes, vous permet d'obtenir une plus grande stabilité sur la route.
Un moteur à piston traditionnel effectue un travail utile en seulement deux tours de l'arbre, tandis que dans un moteur rotatif, un travail utile est effectué en un tour du rotor. C'est la raison de l'accélération rapide des voitures avec RPD.
RPD à haute consommation de carburant
Le dispositif et le principe de fonctionnement d'un moteur rotatif sont étonnamment simples, compréhensibles et spirituels. Pourquoi n'a-t-il pas gagné en distribution comme un moteur à combustion interne à piston ? Le dernier mais non le moindre est l'économie.
Le moteur rotatif à combustion interne consomme trop de carburant. Avec un volume de seulement 1,3 litre, près de 20 litres d'essence sont utilisés aux 100 km. Pour cette raison, peu d'entreprises ont décidé de lancer la production de masse de voitures avec RPD.
À la lumière des développements récents au Moyen-Orient, avec une guerre féroce pour les ressources et des prix du pétrole et du gaz encore assez élevés, l'utilisation limitée des PAR est compréhensible.
Autres inconvénients importants
L'inconvénient suivant d'un moteur à pistons rotatifs est l'usure rapide des joints situés le long des nervures du rotor. Cette usure se produit en raison d'une rotation rapide et, par conséquent, du frottement des nervures contre les parois de la chambre.
De plus, le système de lubrification des nervures devient plus compliqué. Mazda a fabriqué des injecteurs qui injectent de l'huile dans la chambre de combustion. À cet égard, les exigences relatives à la qualité de l'huile ont augmenté. Une lubrification constante et abondante est également requise par l'arbre principal autour duquel s'effectue le mouvement.
La solution technique aux problèmes de lubrification nécessitait une approche particulière, et seuls les ingénieurs japonais ont pu faire face à la tâche après de nombreuses années d'expérimentation.
La température des gaz d'échappement du RPD est supérieure à celle d'un moteur à pistons. Cela est dû à la longueur de course relativement courte du bord du rotor. Le processus de combustion a à peine le temps de se terminer, car le bord a déjà tellement bougé que la fenêtre de sortie s'ouvre. En conséquence, les gaz s'échappent dans le tuyau d'échappement, qui n'a pas complètement transféré la pression au rotor, et leur température est élevée. Une petite partie du mélange de carburant non brûlé pénètre également dans l'atmosphère, ce qui affecte négativement l'environnement.
Dans un moteur rotatif, il est difficile d'assurer l'étanchéité de la chambre de combustion. Pendant le fonctionnement, les parois du stator chauffent de manière inégale et se dilatent. Par conséquent, des fuites de gaz sont possibles. Particulièrement chauffée est la partie dans laquelle la combustion se produit. Pour faire face à ce problème, différentes pièces sont fabriquées à partir d'alliages différents. Ceci, à son tour, complique et augmente le coût du processus de production du moteur.
Le coût de fabrication des moteurs à pistons rotatifs Wankel n'est pas au mieux affecté par la forme complexe de la chambre. En fait, le cylindre n'a pas de section ovale, comme on le dit parfois. La section transversale a la forme d'une épitrochoïde et nécessite une exécution de haute précision.
Ainsi, il devient clair que le moteur rotatif a des avantages et des inconvénients. Ils peuvent être résumés dans le tableau suivant.
En raison de l'usure rapide des pièces, la ressource d'un moteur rotatif est d'environ 65 000 km. A titre de comparaison, la ressource d'un moteur thermique classique est 2 voire 3 fois plus longue. L'entretien des moteurs à pistons rotatifs nécessite plus de responsabilités, ils attirent donc l'attention principalement des professionnels. En partie, les ingénieurs ont réussi à éliminer les défauts des voitures avec RPD, mais certains d'entre eux sont restés.
Moteurs à pistons rotatifs Mazda
Alors que d'autres constructeurs mondiaux ont abandonné la production de moteurs rotatifs, Mazda a continué à y travailler. Ses spécialistes ont amélioré la conception et reçu un moteur puissant capable de rivaliser avec les meilleures unités européennes.
Les Japonais ont commencé à travailler avec un moteur à piston rotatif en 1963. Ils ont sorti plusieurs modèles d'autobus, de camions et de voitures.
De 1978 à 2003, la société a produit la célèbre voiture de sport RX-7. Son successeur était le modèle RX-8, qui a reçu plus de 30 récompenses lors de salons automobiles internationaux.
Le RX-8 était propulsé par le moteur Renesis (Rotary Engine Genesis). Dans différentes configurations, la voiture a été vendue dans le monde entier. Les modèles les plus puissants (250 ch, 8 500 tr/min) ont été vendus en Amérique du Nord et au Japon. En 2007, un concept-car avec un moteur Renesis II d'une puissance de 300 ch a été présenté au salon de l'automobile de Tokyo en 2007. avec.
En 2009, les voitures à moteur rotatif de Mazda ont été interdites en Europe parce que les émissions de dioxyde de carbone dépassaient les réglementations en vigueur à l'époque. En 2102, la production de masse de voitures japonaises à moteur rotatif a été interrompue. Pour le moment, les RPD de Mazda ne sont installés que sur les voitures de course sportives.
Comme vous le savez, le principe de fonctionnement d'un moteur rotatif est basé sur des révolutions élevées et l'absence de mouvements qui distinguent un moteur à combustion interne. C'est ce qui distingue l'unité de. RPD est également appelé le moteur Wankel, et aujourd'hui, nous examinerons son fonctionnement et ses avantages évidents.
La vidéo montre le dispositif et le principe de fonctionnement du moteur rotatif Zheltyshev:
Étonnamment, ils ont également essayé de mettre le RPD en service dans notre pays. Un tel moteur a été conçu pour être installé sur le VAZ 21079, destiné à être un véhicule pour des services spéciaux. Mais le projet, malheureusement, n'a pas pris racine. Comme toujours, il n'y avait pas assez d'argent du budget de l'État, qui est miraculeusement pompé du Trésor.
Mais les Japonais ont réussi à le faire. Et ils ne veulent pas s'arrêter au résultat obtenu. Selon les dernières données, le constructeur Mazda améliorera le moteur et sortira bientôt une unité complètement différente.
Regardons à l'intérieur du RPD
Le schéma de fonctionnement d'un moteur rotatif est complètement différent de celui d'un moteur à combustion interne conventionnel. Tout d'abord, nous devrions laisser la conception du moteur à combustion interne telle que nous la connaissions dans le passé. Et deuxièmement, essayez d'absorber de nouvelles connaissances et de nouveaux concepts.
RPD est nommé ainsi en raison du rotor, c'est-à-dire qui se déplace. Ce mouvement transfère la puissance à l'embrayage et à la boîte de vitesses. Essentiellement, le rotor pousse l'énergie du carburant, qui est ensuite transférée aux roues via la transmission. Le rotor lui-même est nécessairement en acier allié et a, comme mentionné ci-dessus, la forme d'un triangle.
La vidéo montre le principe de fonctionnement du moteur à piston rotatif Zuev:
La capsule où se trouve le rotor est une sorte de matrice, le centre de l'univers, où se déroulent tous les processus. En d'autres termes, c'est dans cet étui ovale que :
- compression du mélange ;
- injection de carburant;
- alimentation en oxygène;
- allumage du mélange ;
- retour des éléments brûlés vers la sortie.
En un mot, six en un, si vous voulez.
Le rotor lui-même est monté sur un mécanisme spécial et ne tourne pas autour d'un axe, mais tourne plutôt. Ainsi, des cavités isolées les unes des autres sont créées à l'intérieur du corps ovale, dans chacune desquelles se produit l'un des processus. Le rotor étant triangulaire, il n'y a que trois cavités.
Tout commence comme ça. Dans la première cavité formée, une aspiration se produit, c'est-à-dire que la chambre est remplie d'air, qui est mélangé ici.
Après cela, le rotor tourne et pousse ce mélange mélangé dans une autre chambre. Ici, le mélange est comprimé et enflammé avec deux bougies.
Le mélange passe ensuite dans la troisième cavité, où des parties du combustible usé sont déplacées.
C'est le cycle complet de la SPR. Mais tout n'est pas si simple. Nous n'avons considéré le schéma RPD que d'un côté. Et ces actions se produisent tout le temps. En d'autres termes, les processus se produisent immédiatement des trois côtés du rotor. En conséquence, en un seul tour de l'unité, trois cycles sont répétés.
De plus, il a été possible d'améliorer le moteur rotatif. Aujourd'hui, les moteurs rotatifs Mazda n'ont pas un, mais deux, voire trois rotors, ce qui améliore considérablement les performances, notamment par rapport à un moteur à combustion interne classique. A titre de comparaison: un RPD à deux rotors est comparable à un moteur à combustion interne à six cylindres, et un RPD à 3 rotors est comparable à un douze cylindres. Il s'avère donc que les Japonais se sont avérés si clairvoyants et ont immédiatement reconnu les avantages d'un moteur rotatif.
Encore une fois, la performance n'est pas la seule vertu des RPD. Il en a beaucoup. Comme mentionné ci-dessus, un moteur rotatif est très compact et utilise jusqu'à mille pièces de moins que dans le même moteur à combustion interne. Il n'y a que deux parties principales dans le RPD - un rotor et un stator, mais vous ne pouvez rien imaginer de plus simple que cela.
Le principe de fonctionnement d'un moteur à piston rotatif a fait à un moment donné de nombreux ingénieurs talentueux lever les sourcils de surprise. Et aujourd'hui, les ingénieurs talentueux méritent toutes sortes d'éloges et d'approbation. Ce n'est pas une blague de croire aux performances d'un moteur apparemment enterré et de lui donner une seconde vie, et quelle vie !
Dans le lointain 1957 Les ingénieurs allemands Wankel et Freude ont présenté au monde le premier moteur rotatif. Ensuite, il a été adopté par la plupart des constructeurs automobiles. Mercedes, et même - ils ont tous mis des moteurs rotatifs sous le capot de leurs voitures. Et les Japonais utilisent encore le rotor à ce jour - cependant, déjà dans une modification moderne et améliorée. Quel est le succès du moteur rotatif Wankel ?
Le principe de fonctionnement d'un moteur à piston rotatif
Le rotatif effectue les mêmes quatre cycles que son homologue à piston : admission, compression, course motrice, échappement. Mais le rotor fonctionne différemment. Un moteur à piston effectue quatre cycles dans un cylindre. Et bien que le rotatif les exécute dans une chambre, chacune des mesures se déroule dans sa partie séparée. C'est-à-dire que le cycle semble être effectué dans un cylindre séparé et que le piston "fonctionne" d'un cylindre à l'autre. En même temps, il n'y a pas de mécanisme de distribution de gaz dans le moteur rotatif. Contrairement à un moteur à pistons, tout le travail est effectué par des orifices d'admission et d'échappement situés dans les carters latéraux. Le rotor tourne et régule le fonctionnement des fenêtres : les ouvre et les ferme.
Au fait, à propos du rotor. Inutile de dire que c'est l'élément principal du moteur, c'est le rotor qui a donné son nom au moteur lui-même. Quel est ce détail ? Le rotor a une forme triangulaire, il est solidaire de l'arbre excentrique et non centré sur celui-ci. Lorsqu'il est tourné, l'élément décrit une forme de capsule, plutôt qu'un cercle, en raison de son emplacement. Le rotor transfère la puissance du moteur à la boîte de vitesses et à l'embrayage, en d'autres termes, expulse le carburant brûlé et transfère la rotation de la transmission aux roues. La cavité dans laquelle tourne le rotor est réalisée sous la forme d'une capsule.
Le principe de fonctionnement d'un moteur à piston rotatif est le suivant. Lors de la rotation, le rotor crée autour de lui trois cavités isolées les unes des autres. Cela se produit en raison de la forme de capsule de la cavité autour du rotor et de la forme triangulaire du rotor lui-même. La première cavité cavité d'aspiration Il mélange le carburant avec l'oxygène. De plus, le mélange est distillé dans la deuxième chambre par le mouvement du rotor et y est comprimé. Ici il est allumé par deux bougies, il se dilate et pousse le piston. Avec un mouvement de translation, le rotor défile, la cavité suivante s'ouvre, d'où sortent les gaz d'échappement et les résidus de carburant.
Inconvénients et avantages d'un moteur rotatif
Comme tout autre moteur à combustion interne, un moteur rotatif a des avantages et des inconvénients. Tout d'abord, considérez ses avantages par rapport aux autres moteurs.
1. Les performances du moteur rotatif sont plusieurs fois supérieures à celles des autres. Alors que dans les moteurs à combustion interne conventionnels, un cycle passe par tour, alors dans un moteur rotatif - trois(aspiration, compression, allumage). De plus, les moteurs modernes sont équipés de deux ou trois rotors à la fois, de sorte qu'un moteur à 2 rotors peut être comparé à un moteur à combustion interne conventionnel à 6 cylindres et à un moteur à 3 rotors avec 12 cylindres.
2. Petit nombre de pièces. La simplicité de conception du moteur (rotor et stator) permet d'utiliser moins de pièces. Les statistiques indiquent qu'il y a 1 000 pièces de plus dans un moteur à combustion interne que dans un moteur rotatif.
3. Faible vibration. Le rotor tourne en cercle sans mouvement alternatif. En conséquence, la vibration n'est pratiquement pas perceptible. De plus, il y a généralement deux moteurs rotatifs, ils équilibrent donc le travail de l'autre.
4. Performances dynamiques élevées. En un tour, le moteur effectue trois cycles. Par conséquent, même à bas régime, le moteur développe une vitesse élevée.
5. compacité et petit poids. En raison de la simplicité de conception et du petit nombre de pièces, le moteur a un poids et une taille réduits.
Malgré les nombreux avantages, le moteur présente également plusieurs inconvénients qui ne permettent pas aux constructeurs automobiles de l'utiliser massivement sur leurs voitures.
1. Tendance à surchauffer. Lors de la combustion du mélange de travail, une énergie rayonnante est générée, qui quitte sans but la chambre de combustion et chauffe le moteur. Cela est dû à la forme de l'appareil photo, qui ressemble à une capsule ou à un objectif, c'est-à-dire qu'ayant un petit volume, il a une grande surface de travail. Pour empêcher l'énergie de s'échapper, la chambre devait être sphérique.
2.Changement d'huile régulier. Le rotor est relié à l'arbre de sortie par un mécanisme excentrique. Cette méthode de connexion provoque une pression supplémentaire qui, couplée à des températures élevées, chauffe le moteur. C'est pourquoi vous devez périodiquement remettre la voiture en état et changer l'huile. Sans changement d'huile, le moteur tombe en panne.
3. Remplacement régulier des joints. Sur une petite zone de contact entre le rotor et l'arbre, une pression accrue se forme. Les joints s'usent, des fuites se forment dans les chambres. En conséquence, la toxicité de l'échappement et la baisse d'efficacité augmentent. Soit dit en passant, sur les nouveaux modèles, ce problème a été résolu en utilisant de l'acier fortement allié.
4.Prix élevé. Pour les moteurs rotatifs, les pièces doivent être produites avec une grande précision géométrique. Par conséquent, des équipements coûteux et des matériaux coûteux sont utilisés dans la production de moteurs rotatifs. De ce fait, le prix d'un moteur rotatif est élevé malgré l'apparente simplicité de conception.
L'utilisation des moteurs rotatifs : de l'invention à nos jours
Les ingénieurs développent un moteur rotatif depuis très longtemps. L'inventeur de la machine à vapeur James Watt jeté les bases du rêve d'un moteur rotatif. En 1846, les ingénieurs avaient déjà déterminé la forme de la chambre de combustion et la base du fonctionnement d'un moteur rotatif à combustion interne. Mais le moteur est resté un rêve. Mais en 1924 le jeune et talentueux Felix Wankel a commencé un travail pratique approfondi sur la création d'un moteur rotatif. L'ingénieur de vingt-deux ans venait de terminer ses études secondaires et d'entrer dans la maison d'édition de littérature technique. C'est alors que Wankel a commencé à dessiner la conception de son propre moteur, en s'appuyant sur des connaissances théoriques approfondies de la littérature. Ayant créé son propre laboratoire, l'ingénieur a commencé à recevoir des brevets pour des produits. En 1934, Wankel a demandé sur le premier moteur rotatif.
Mais le destin en a décidé autrement. Le talentueux ingénieur a été remarqué par les autorités et il a commencé à travailler dans les plus grandes entreprises automobiles de l'Allemagne nazie. Il a dû mettre ses projets entre parenthèses. Après la guerre l'ingénieur était en prison, en tant que complice du régime nazi, et les Français ont détruit son laboratoire. Et ce n'est qu'en 1951 que le scientifique a restauré le nom en commençant à travailler pour une entreprise de motos. Là, il a reconstruit son laboratoire et a fait appel à un autre scientifique nommé Walter Freude pour le projet de moteur rotatif. Ensemble, ils produisirent le premier moteur rotatif le 1er février 1957. Au départ, il fonctionnait au méthanol, mais en juillet, le moteur est passé à l'essence. Dans les années 50, l'Allemagne a commencé à se remettre des conséquences de la guerre, respectivement, et les constructeurs automobiles se sont enrichis.
La société NSU, où travaillaient Wankel et Freude, se préparait à produire en série des voitures à moteur rotatif. En 1960, la NSU Spider a été présentée à Munich avec un moteur Wankel sous le capot. Et en 1968, la NSU Ro-80 est sortie, ce qui a influencé l'industrie automobile. La voiture a accéléré à 180 km / h, à l'arrêt, la voiture a accéléré à 100 km / h en 12,8 s. La Ro-80 est devenue la voiture de l'année et de nombreuses entreprises ont acheté les droits du moteur Wankel. Mais en raison de lacunes dans la conception du moteur et du coût de production élevé, les entreprises ont refusé de produire en série des machines à moteur rotatif. Mais il y avait des prototypes.
Par exemple, Mercedes-Benz, qui a sorti la voiture C111 en 1970. Une voiture orange élégante avec une carrosserie fiable et profilée accélérée à 100 km/h en 4,8 secondes. Mais la gourmandise de la voiture n'a pas permis à l'entreprise de produire en masse la C111.
Intéressé par le rotor et. Déjà en 1972, la première Corvette à moteur rotatif à deux sections était présentée au public. Les Corvettes à quatre sections sont apparues en 1973, mais en 1974, faute d'argent, Chevrolet a abandonné les travaux sur les moteurs rotatifs. La France voisine a également adopté les moteurs Wankel. En 1974, Citroën lance la Citroën GS Birotor sur le marché. Sous le capot se trouvait un moteur Wankel à deux sections. Mais la voiture n'était pas populaire. En deux ans, la société française n'a vendu que 874 voitures. En 1977, Citroën rappela les voitures rotatives pour les éliminer, mais il est probable que 200 d'entre elles survécurent.
En URSS, ils ont également essayé d'utiliser le moteur Wankel. Ils ne pouvaient pas acheter de licence dans les usines VAZ, ils ont donc copié un moteur rotatif à section unique du NSU Ro-80. Sur sa base, en 1976, le moteur VAZ-311 a été assemblé. Le raffinement a duré 6 ans. Le premier VAZ de série avec un rotor sous le capot était le 21018. Mais le modèle a lamentablement échoué. Les 50 prototypes sont tombés en panne. En 1983, des modèles rotatifs à deux sections sont apparus en URSS. Équipés d'un tel moteur, Zhiguli et Volga ont facilement dépassé les voitures étrangères. Mais ensuite, le bureau d'études a été distrait de l'industrie automobile et a tenté en vain d'utiliser un moteur rotatif dans l'aviation. Cela a conduit au fait que l'industrie en développement s'est arrêtée au modèle VAZ-415 en 1995.
Jusqu'en 2012, le modèle Mazda RX-8 était produit en série, avec un moteur Wankel amélioré. En général, les Japonais sont les seuls à avoir des machines rotatives produites en série depuis 1967. Dans les années 70, Mazda a introduit la marque RX, qui signifie l'utilisation de moteurs rotatifs. Les Japonais ont mis le rotor sur n'importe quelle voiture, y compris les camionnettes et les bus. C'est peut-être pour cette raison que la RX-8 présente d'excellentes performances techniques et environnementales, ce qui était si inhabituel pour les premières voitures équipées d'un moteur Wankel.
