Machines à vapeur et moteurs combustion interne avoir un inconvénient commun- le mouvement alternatif du piston doit être converti en mouvement rotatif roues. D'où le rendement évidemment faible et la forte usure des éléments du mécanisme. Beaucoup voulaient construire un moteur à combustion interne de sorte que toutes les pièces mobiles qu'il contient ne tournent que - comme cela se produit dans les moteurs électriques.

Cependant, la tâche s'est avérée difficile, seul un mécanicien autodidacte, qui de toute sa vie n'a jamais reçu d'enseignement supérieur, ni même de spécialité professionnelle, a réussi à le résoudre avec succès.

Felix Heinrich Wankel (1902-1988) est né le 13 août 1902 dans la petite ville allemande de Lahr. Pendant la Première Guerre mondiale, le père de Félix est décédé, à cause duquel le futur inventeur a dû quitter le gymnase et aller travailler comme apprenti vendeur dans une librairie d'une maison d'édition. Grâce à ce travail, Wankel est devenu accro à la lecture de livres, à partir desquels il a étudié indépendamment les disciplines techniques, la mécanique et l'ingénierie automobile.

Il y a une légende selon laquelle la solution au problème est venue à Félix, dix-sept ans, dans un rêve. Que cela soit vrai ou non est inconnu. Mais force est de constater que Félix avait une capacité de mécanique très remarquable et un regard « non savonneux » sur les choses. Il a compris comment les quatre cycles de travail moteur conventionnel la combustion interne (injection, compression, combustion, échappement) peut être réalisée pendant la rotation.

Assez rapidement, Wankel a proposé la première conception de moteur et, en 1924, il a organisé un petit atelier, qui a également servi de "laboratoire" impromptu. Ici, Felix a commencé à mener les premières recherches sérieuses dans le domaine des moteurs à combustion interne à piston rotatif.

À partir de 1921, Wankel était un membre actif du NSDAP. Il a défendu les idéaux du parti, a été le fondateur de l'Association panallemande de la jeunesse militaire et le Jungführer de diverses organisations. En 1932, il quitte le parti après avoir accusé un de ses anciens collègues de corruption politique. Cependant, sur une contre-accusation, il a lui-même dû passer six mois en prison. Sorti de prison grâce à l'intercession de Wilhelm Keppler, il continua à travailler sur le moteur. En 1934, il crée le premier prototype et obtient un brevet pour celui-ci. Il a conçu de nouvelles soupapes et chambres de combustion pour son moteur, en a créé plusieurs versions différentes, a développé une classification schémas cinématiques diverses machines à pistons rotatifs.

En 1936, BMW s'est intéressé au prototype de moteur Wankel - Felix a reçu de l'argent et son propre laboratoire à Lindau pour développer des moteurs d'avion expérimentaux.

Cependant, jusqu'à la défaite même de l'Allemagne nazie, pas un seul moteur Wankel n'est entré en production. Peut-être pour rappeler le design et créer production de masseça a pris trop de temps.

Après la guerre, le laboratoire a été fermé, le matériel a été transporté en France et Félix s'est retrouvé sans emploi (son ancienne appartenance au Parti national-socialiste l'affectait). Cependant, Wankel a rapidement obtenu un poste d'ingénieur de conception chez NSU Motorenwerke AG, l'un des plus anciens fabricants de motos et de voitures.

En 1957, grâce aux efforts conjoints de Felix Wankel et de l'ingénieur principal de la NSU, Walter Froede, un moteur à piston rotatif a été installé pour la première fois sur la voiture NSU Prinz. La conception initiale s'est avérée loin d'être parfaite: même pour remplacer les bougies, il a fallu démonter la quasi-totalité du "moteur", la fiabilité laissait beaucoup à désirer, et c'était un péché de parler d'efficacité à ce stade de développement . À la suite des tests, une voiture équipée d'un moteur à combustion interne traditionnel est entrée dans la série. Néanmoins, le premier moteur à pistons rotatifs DKM-54 a prouvé ses performances fondamentales, ouvert des directions pour un raffinement supplémentaire et démontré le potentiel colossal des «rotors».

Ainsi, un nouveau type de moteur à combustion interne a enfin fait son apparition. À l'avenir, il aura beaucoup plus d'améliorations et d'améliorations. Mais les perspectives d'un moteur à pistons rotatifs sont si attrayantes que rien ne pourrait empêcher les ingénieurs d'amener la conception à l'excellence opérationnelle.

Avant d'analyser les avantages et les inconvénients des moteurs à combustion interne à pistons rotatifs, il convient tout de même d'examiner plus en détail leur conception.
Un trou rond a été percé au centre du rotor, recouvert de l'intérieur de dents comme un engrenage. Un arbre rotatif de plus petit diamètre, également avec des dents, est inséré dans ce trou, ce qui garantit qu'il n'y a pas de glissement entre celui-ci et le rotor. Les rapports des diamètres du trou et de l'arbre sont choisis de manière à ce que les sommets du triangle se déplacent le long de la même courbe fermée, appelée "épitrochoïde" - l'art de Wankel en tant qu'ingénieur était de comprendre d'abord que cela est possible, et puis calculez tout exactement. En conséquence, le piston, qui a la forme d'un triangle de Reuleaux, découpe trois chambres de volume et de position variables dans la chambre, reprenant la forme de la courbe trouvée par Wankel.

La conception d'un moteur à combustion interne à piston rotatif vous permet de mettre en œuvre n'importe quel cycle à quatre temps sans utiliser de mécanisme de distribution de gaz spécial. Grâce à ce fait, le "rotor" s'avère beaucoup plus simple qu'un moteur à pistons à quatre temps conventionnel, dans lequel, en moyenne, il y a près d'un millier de pièces supplémentaires.

L'étanchéité des chambres de travail dans un moteur à combustion interne à pistons rotatifs est assurée par des plaques d'étanchéité radiales et d'extrémité pressées contre le "cylindre" par des ressorts à ruban, ainsi que par les forces centrifuges et la pression des gaz.

Un autre de ses caractéristique technique est une productivité du travail élevée. Pour un tour complet du rotor (c'est-à-dire pour le cycle "injection, compression, allumage, échappement"), l'arbre de sortie fait trois chiffre d'affaires complet. Dans un moteur à pistons conventionnel, de tels résultats ne peuvent être obtenus qu'avec un moteur à combustion interne à six cylindres.

Après la première démonstration réussie d'un moteur rotatif à combustion interne en 1957, les plus grands géants de l'automobile ont commencé à montrer un intérêt accru pour le développement. Au début, la licence du moteur, qui a reçu le nom informel "Wankel", a été achetée par Curtiss-Wright Corporation, un an plus tard, Daimler-Benz, MAN, Friedrich Krupp et Mazda. En très peu de temps, des licences pour nouvelle technologie a acquis une centaine d'entreprises dans le monde, dont des monstres tels que Rolls-Royce, Porsche, BMW et Ford.
Un tel intérêt pour le "Wankel" de ces grands joueurs marché automobile en raison de son grand potentiel et de ses avantages significatifs - un moteur à piston rotatif a 40% de pièces en moins, il est plus facile à réparer et à fabriquer.

De plus, le Wankel est presque deux fois plus compact et plus léger qu'un ICE à piston traditionnel, ce qui améliore la maniabilité de la voiture, facilite l'emplacement optimal de la transmission et permet un intérieur plus spacieux et confortable.

Moteur à pistons rotatifs développe une puissance élevée avec une consommation de carburant assez modeste. Par exemple, un "wankel" moderne avec un volume de seulement 1300 cm³ développe une puissance de 220 ch, et avec un turbocompresseur - tous les 350. Un autre exemple est moteur miniature L'OSMG 1400 pesant 335 g (volume utile de 5 cm3) développe une puissance de 1,27 ch. En fait, ce petit est 27% plus fort qu'un cheval.

Un autre avantage important est niveau faible bruit et vibration. Le moteur à piston rotatif est parfaitement équilibré mécaniquement, de plus, la masse des pièces mobiles (et leur nombre) est bien moindre, de sorte que le «Wankel» fonctionne beaucoup plus silencieusement et ne vibre pas.

Et enfin, le moteur à piston rotatif présente d'excellentes caractéristiques dynamiques. En petite vitesse, sans trop de charge sur le moteur, vous pouvez accélérer la voiture à 100 km / h pendant haut régime moteur. De plus, la conception «Wankel» elle-même, en raison de l'absence de mécanisme de conversion du mouvement alternatif en mouvement de rotation, est capable de résister grande vitesse qu'un ICE traditionnel.

Après la NSU Spyder, sortie en 1964, suivit modèle légendaire NSU Ro 80 (il existe encore de nombreux clubs de propriétaires de ces voitures dans le monde), Citroen M35 (1970), Mercedes C-111 (1969), Corvette XP (1973). Mais le seul constructeur de masse était le japonais Mazda, qui produit depuis 1967, parfois 2-3 nouveaux modèles avec RPD. Des moteurs rotatifs ont été installés sur des bateaux, des motoneiges et des avions légers. La fin de l'euphorie est arrivée en 1973, au plus fort de la crise pétrolière. C'est alors que le principal inconvénient des moteurs rotatifs est apparu - l'inefficacité. À l'exception de Mazda, tous les constructeurs automobiles ont progressivement supprimé les programmes rotatifs, et société japonaise Les ventes américaines sont passées de 104 960 voitures vendues en 1973 à 61 192 en 1974.
Outre des avantages indéniables, le Wankel présentait également un certain nombre d'inconvénients très sérieux. Tout d'abord, la durabilité. L'un des premiers prototypes de moteurs à pistons rotatifs est tombé en panne en seulement deux heures. Le DKM-54 suivant, plus performant, avait déjà duré cent heures, mais cela ne suffisait toujours pas pour le fonctionnement normal de la voiture. Le principal problème résidait dans l'usure inégale de la surface intérieure de la chambre de travail. Pendant le fonctionnement, des sillons transversaux y sont apparus, qui ont reçu le nom parlant de "marques du diable".

Chez Mazda, après avoir acquis une licence pour le Wankel, tout un département a été formé pour améliorer le moteur à pistons rotatifs. Très vite, il s'est avéré que lorsque le rotor triangulaire tournait, les bouchons sur ses sommets commençaient à vibrer, à la suite de quoi des «marques de diable» se formaient.

À l'heure actuelle, le problème de fiabilité et de durabilité a finalement été résolu en utilisant des revêtements résistants à l'usure de haute qualité, y compris des revêtements en céramique.

Un autre problème sérieux est la toxicité accrue de l'échappement Wankel. Comparé à un moteur à combustion interne alternatif classique, un "rotornik" émet moins d'oxydes d'azote dans l'atmosphère, mais beaucoup plus d'hydrocarbures, en raison d'une combustion incomplète du carburant. Assez rapidement, les ingénieurs de Mazda, qui croyaient en l'avenir radieux du Wankel, trouvèrent une solution simple et solution efficace et ce problème. Ils ont créé le soi-disant réacteur thermique, dans lequel les résidus d'hydrocarbures dans les gaz d'échappement étaient simplement «brûlés». La première voiture à mettre en œuvre ce schéma fut la Mazda R100, également appelée Familia Presto Rotary, sortie en 1968. Cette voiture, l'une des rares, a tout de suite traversé des épreuves très dures Exigences environnementales, proposé par les États-Unis en 1970 pour les voitures importées.

Le problème suivant des moteurs à pistons rotatifs découle en partie du précédent. C'est l'économie. La consommation de carburant d'un "wankel" standard due à une combustion incomplète du mélange est nettement supérieure à celle d'un moteur à combustion interne standard. Une fois de plus, les ingénieurs de Mazda se sont mis au travail. À l'aide de toute une série de mesures, y compris le traitement du thermoréacteur et du carburateur, l'ajout d'un échangeur de chaleur à système d'échappement, développement et mise en œuvre de convertisseurs catalytiques nouveau système l'allumage, l'entreprise a réalisé une réduction de 40 % de la consommation de carburant. À la suite de ce succès incontestable, en 1978 est sorti voiture de sport Mazda RX-7.

Il convient de noter qu'à cette époque, seuls Mazda et ... AvtoVAZ produisaient des voitures équipées de moteurs à pistons rotatifs dans le monde entier.
C'est au cours de l'année désastreuse de 1974 que le gouvernement soviétique a créé un bureau de conception spécial RPD (SKB RPD) à l'usine automobile de la Volga - l'économie socialiste est imprévisible. À Togliatti, les travaux ont commencé sur la construction d'ateliers pour la production en série de "wankels". Étant donné que le VAZ était initialement prévu comme une simple copie des technologies occidentales (en particulier celles de Fiat), les spécialistes de l'usine ont décidé de reproduire le moteur Mazda, en écartant complètement tous les développements décennaux des instituts nationaux de construction de moteurs.

Les responsables soviétiques ont négocié avec Felix Wankel pendant un certain temps concernant l'achat de licences, dont certaines ont eu lieu directement à Moscou. Certes, aucun argent n'a été trouvé et il n'a donc pas été possible d'utiliser certaines technologies propriétaires. En 1976, le premier moteur Volga à section unique VAZ-311 d'une capacité de 65 ch a été mis en service, il a fallu encore cinq ans pour affiner la conception, après quoi un lot expérimental de 50 unités de VAZ-21018 rotatif " unités" a été produite, qui s'est instantanément dispersée parmi les travailleurs de VAZ. Il est immédiatement devenu clair que le moteur ne ressemblait qu'à un moteur japonais - il a commencé à s'effondrer de manière très soviétique. La direction de l'usine a été contrainte de remplacer tous les moteurs par des moteurs à pistons de série en six mois, de réduire de moitié les effectifs de SKB RPD et de suspendre la construction d'ateliers. Le salut du bâtiment domestique des moteurs rotatifs est venu des services spéciaux: ils n'étaient pas très intéressés par la consommation de carburant et la durée de vie du moteur, mais ils étaient très intéressés par les caractéristiques dynamiques. Immédiatement, un RPD à deux sections d'une puissance de 120 ch a été fabriqué à partir de deux moteurs VAZ-311, qui ont commencé à être installés sur «l'unité spéciale» - VAZ-21019. C'est à ce modèle, qui a reçu le nom officieux "Arkan", que nous devons d'innombrables histoires sur les "Cosaques" de la police rattrapant la fantaisie "Mercedes", et de nombreux agents des forces de l'ordre - avec des ordres et des médailles. Jusqu'aux années 90, Arkan, sans prétention extérieure, a très facilement dépassé toutes les voitures. En plus du VAZ-21019, AvtoVAZ produit également de petits lots de voitures VAZ-2105, -2107, -2108, -2109, -21099. vitesse maximale"huit" rotatif est d'environ 210 km / h, et jusqu'à cent, il accélère en seulement 8 secondes.

Relancé sur commandes spéciales, SKB RPD a commencé à fabriquer des moteurs pour les sports nautiques et les sports automobiles, où les voitures à moteur rotatif ont commencé à remporter des prix si souvent que les responsables sportifs ont été contraints d'interdire l'utilisation du RPD.

En 1987, Boris Pospelov, le chef du SKB RPD, est décédé et Vladimir Shnyakin a été élu à l'assemblée générale - un homme qui est venu dans l'industrie automobile de l'aviation et n'aime pas transport terrestre. L'orientation principale de SKB RPD est la création de moteurs pour l'aviation. Ce fut la première erreur stratégique : nos avions sont produits de manière incommensurable moins de voitures et l'usine vit des moteurs vendus.

La deuxième erreur a été l'orientation dans la production préservée de RPD automobiles vers des moteurs VAZ-1185 de faible puissance de 42 ch. pour "Oka", certes plus vorace, mais plus dynamique moteurs rotatifs et demandez le plus rapide voitures domestiques- par exemple, sur le "huit". Le même japonais installe "wankels" uniquement sur modèles sportifs. En conséquence, sur Routes russes il n'y avait que quelques minicars rotatifs "Oka". En 1998, une version civile du moteur VAZ-415 rotatif à deux cylindres de 1,3 litre a finalement été préparée, qui a été installée sur les VAZ-2105, 2107, 2108 et 2109.

En mai 1998, l'anneau VAZ-110 "RPD-sport" (190 ch, 8500 tr/min, 960 kg, 240 km/h) est homologué. Hélas, les choses ne sont pas allées plus loin qu'un seul échantillon, plus souvent montré lors d'expositions que de départ dans des courses. La 110 était la plus puissante du peloton, mais la conception franchement brute à chaque fois ne lui permettait pas de démontrer tout son potentiel. Cependant, la chose la plus offensante est que chez VAZ, ils se sont rapidement refroidis vers le sens de rotation, et l'unique Lada a été convertie en une voiture de rallye avec un moteur à combustion interne conventionnel.

Alors pourquoi tous les principaux constructeurs automobiles ne sont-ils pas encore passés à Wankel ? Le fait est que la production de moteurs à pistons rotatifs nécessite, premièrement, une technologie bien rodée avec une grande variété de nuances, et toutes les entreprises ne sont pas prêtes à suivre le chemin de la même Mazda, en marchant sur de nombreux "râteaux" en cours de route . Et deuxièmement, nous avons besoin de machines spéciales de haute précision capables de tourner des surfaces décrites par une courbe aussi rusée qu'une épitrochoïde.

La Mazda RX-7 est l'une des premières voitures à être équipée d'un moteur à pistons rotatifs Wankel. Il y a eu quatre générations dans l'histoire de la Mazda RX-7. Première génération de 1978 à 1985. Deuxième génération - de 1985 à 1991. Troisième génération - de 1992 à 1999. Dernière, quatrième génération - de 1999 à 2002. La première génération de RX-7 est apparue en 1978. Il avait une configuration à moteur central et était équipé d'un moteur rotatif d'une capacité de seulement 130 ch. Avec.

À l'heure actuelle, seule Mazda est engagée dans des recherches sérieuses dans le domaine des moteurs à pistons rotatifs, améliorant progressivement leur conception, et la plupart des écueils dans ce domaine ont déjà été surmontés. Les "Wankels" sont tout à fait conformes aux normes mondiales en termes de toxicité des gaz d'échappement, de consommation de carburant et de fiabilité. Pour les machines-outils modernes, les surfaces décrites par l'épitrochoïde ne posent pas de problème (tout comme les courbes beaucoup plus complexes ne posent pas de problème), de nouveaux matériaux de structure permettent d'augmenter la durée de vie d'un moteur à pistons rotatifs, et son coût est déjà inférieur à celui d'un moteur à combustion interne standard en raison du nombre réduit de détails utilisés.

Comme NSU, Mazda dans les années 60. était une petite entreprise aux moyens techniques et financiers limités. sa base gamme de modèles fait des camions de livraison oui runabouts familiaux. Il n'est donc pas surprenant que le coupé sport Mazda 110S Cosmo (982 cm3, 110 ch, 185 km/h) ait été créé pendant plus de 6 ans et se soit avéré très capricieux et coûteux. Et la réputation endommagée du NSU Ro80 n'a pas contribué à l'excitation (en 1967-1972, seuls 1175 "espaces" ont trouvé leurs propriétaires), mais l'intérêt mondial pour le 110S a contribué à une augmentation des ventes de tout le reste des produits de l'entreprise !

Pour prouver que le RPD est tout aussi fiable (sa supériorité en puissance est déjà devenue évidente pour tout le monde), Mazda a participé à la compétition pour la quasi-première fois de sa vie, et a choisi la course la plus difficile et la plus longue - les 84 heures Marathon De La Route, organisé sur le Nürburgring. Comment l'équipage belge a réussi à prendre la 4e place (la deuxième voiture a abandonné trois heures avant la ligne d'arrivée en raison de freins bloqués), perdant uniquement face à la Porsche 911 "adulte" sur la Nordschleife, semble rester un mystère.

Atelier Wankel à Lindau

Si depuis, les « rotorniks » japonais sont devenus des habitués des circuits, il leur aura fallu attendre 16 ans pour un succès majeur en Europe. En 1984, les Britanniques remportent la prestigieuse course quotidienne de Spa-Francochamps avec une RX-7. Mais aux États-Unis, sur le marché principal des "sept", sa carrière de pilote s'est développée avec beaucoup plus de succès: à partir du moment où elle a fait ses débuts dans le championnat IMSA GT en 1978 et jusqu'en 1992, elle a remporté plus d'une centaine d'étapes dans son classe, et de 1982 à 1992, elle a remporté plus d'une centaine d'étapes. excellé dans la course principale de la série - 24 heures de Daytona.

En rallye, la Mazda ne s'est pas si bien déroulée. Comme c'était souvent le cas avec les équipes japonaises (Toyota, Datsun, Mitsubishi), elles n'ont performé qu'à certaines étapes du Championnat du monde des rallyes (Nouvelle-Zélande, Grande-Bretagne, Grèce, Suède), qui intéressaient principalement les services marketing des préoccupations . Il y avait assez de titres nationaux : par exemple, en 1975-1980. Rod Millen en a remporté jusqu'à cinq en Nouvelle-Zélande et aux États-Unis. Mais en WRC, les succès étaient exclusivement locaux : le meilleur que la RX-7 a montré était les 3e et 6e places à l'Acropole grecque en 1985.

Eh bien, le succès le plus retentissant de Mazda en général et de RPD en particulier fut la victoire de son prototype sportif 787B (2612 cm3, 700 ch, 607 Nm, 377 km/h) au Mans en 1991. De plus, ce ne sont pas seulement des pilotes rapides et des équipements compétitifs qui ont aidé à vaincre les Porsche, Peugeot et Jaguar d'usine: la persévérance des managers japonais a également joué un rôle, «éliminant» régulièrement toutes sortes d'assouplissements dans la réglementation des rotors. Ainsi, à la veille de la victoire du 787e, les organisateurs de la course ont convenu de compenser la voracité des «rotors» par une réduction de poids de 170 kilogrammes (830 contre 1000). Le paradoxe était que, contrairement à moteurs à essence, «l'appétit» du RPD avec un forçage supplémentaire a augmenté à un rythme beaucoup plus modeste que celui des moteurs à pistons conventionnels, et le 787e s'est avéré plus économique que ses principaux concurrents!

Ce fut un choc. Mercedes, que le magazine Stern pour son conservatisme n'appelait rien de plus qu'un "constructeur automobile pour messieurs à chapeaux de 50 ans", a présenté en 1969 une supercar qui a même frappé l'imagination en couleur. La couleur orange vif provocante, la forme nettement en forme de coin, la disposition du moteur central, les portes papillon et un RPD à trois sections robuste (3600 cm3, 280 ch, 260 km / h) - pour une Mercedes conservatrice, c'était quelque chose !

Et comme l'entreprise ne construisait pas de concepts, tout le monde croyait que la C111 n'avait qu'une seule voie : un assemblage (homologué) à petite échelle et un grand avenir en course, car depuis 1966 la FIA autorisait le RPD aux compétitions officielles. Et les chèques pleuvent au siège de Mercedes leur demandant de saisir le montant requis pour le droit de posséder la C111. Les Stuttgartois, quant à eux, alimentent encore l'intérêt pour l'Eske, en introduisant en 1970 la deuxième génération du coupé au design encore plus fantastique, un rotor à 4 sections et des performances époustouflantes (4800 cm3, 350 ch, 300 km /h). Pour peaufiner, Mercedes a construit cinq maquettes qui ont passé des jours et des nuits au Hockenheimring et au Nurburgring, se préparant à établir une série de records de vitesse. La presse savourait le "choc des titans" à venir entre la Mercedes rotative, la Ferrari atmosphérique et la Porsche suralimentée dans le Championnat du Monde d'Endurance. Hélas, le retour au grand sport n'a pas eu lieu. Premièrement, C111 était très cher même pour Mercedes, Deuxièmement, les Allemands ne pouvaient pas mettre en vente un design aussi rudimentaire. Et après la crise pétrolière des Caraïbes, ils ont généralement couvert le projet, en se concentrant sur moteurs diesel. Ils ont équipé les dernières versions du C111, qui a établi plusieurs records du monde.

N'ayant pas de formation technique terminée, à la fin de sa vie, Felix Wankel a acquis une reconnaissance mondiale dans le domaine de la construction de moteurs et de la technologie d'étanchéité, après avoir remporté de nombreux prix et titres. Les rues et les places des villes allemandes (Felix-Wankel-Strasse, Felix-Wankel-Ring) portent son nom. En plus des moteurs, Wankel a développé un nouveau concept d'engin à grande vitesse et a construit lui-même plusieurs bateaux.

La chose la plus intéressante est que le moteur rotatif, qui a fait de lui un millionnaire et lui a valu une renommée mondiale, Wankel n'aimait pas, le considérant comme un "vilain petit canard". De véritables RPD fonctionnels ont été fabriqués selon le soi-disant "concept KKM", qui prévoit une rotation planétaire du rotor et nécessite l'introduction de contrepoids externes. Un rôle important a été joué par le fait que ce schéma n'a pas été proposé par Wankel, mais par l'ingénieur NSU Walter Freude. Jusqu'à récemment, Wankel lui-même considérait la disposition idéale du moteur «avec des pistons rotatifs sans pièces en rotation inégale» (Drehkolbenmasine - DKM), conceptuellement beaucoup plus belle, mais techniquement complexe, nécessitant notamment l'installation de bougies d'allumage sur un rotor rotatif. Néanmoins, les moteurs rotatifs du monde entier sont précisément associés au nom de Wankel, car tous ceux qui connaissaient étroitement l'inventeur affirment à l'unanimité que sans l'énergie irrépressible de l'ingénieur allemand, le monde n'aurait pas vu cet incroyable appareil. Felik Wankel est décédé en 1988.
L'histoire de la Mercedes 350 SL est curieuse. Wankel voulait vraiment avoir une Mercedes C-111 rotative. Mais la société Mercedes n'est pas allée à sa rencontre. Ensuite, l'inventeur a pris la série 350 SL, a jeté le moteur «natif» à partir de là et a installé un rotor du C-111, qui était 60 kg plus léger que le 8 cylindres précédent, mais s'est considérablement développé plus de pouvoir(320 ch à 6500 tr/min). En 1972, lorsque le génie de l'ingénierie a terminé de travailler sur son prochain miracle, il aurait pu être au volant de la Mercedes Classe SL la plus rapide à l'époque. L'ironie était que permis de conduire Wankel ne l'a jamais reçu jusqu'à la fin de sa vie.

On doit le regain d'intérêt pour le RPD au nouveau moteur Mazda Renesis (de RE - Rotary Engine - et Genesis). Au cours de la dernière décennie, les ingénieurs japonais ont réussi à résoudre tous les principaux problèmes de RPD - toxicité et inefficacité des gaz d'échappement. Par rapport à son prédécesseur, il a été possible de réduire la consommation de pétrole de 50%, l'essence de 40% et de ramener les émissions d'oxydes nocifs aux normes Euro IV. Un moteur à deux cylindres d'un volume de seulement 1,3 litre produit 250 ch. et prend beaucoup moins de place dans le compartiment moteur.

Spécialement pour nouveau moteurétait développé Voiture Mazda RX-8, qui, selon Martin Brink, responsable de la marque Mazda Motor Europe, a été créée selon nouveau concept- la voiture a été "construite" autour du moteur. En conséquence, la répartition du poids le long des axes du RX-8 est idéale - 50 à 50. L'utilisation d'une forme unique et de petites dimensions du moteur a permis de placer le centre de gravité très bas. "La RX-8 n'est pas un monstre de course, mais c'est la voiture la plus maniable que j'aie jamais conduite", s'est enthousiasmé Martin Brink de Popular Mechanics.

Tonneau de miel...

Sans aucun doute, à première vue, un moteur à pistons rotatifs présente de nombreux avantages par rapport aux moteurs à combustion interne traditionnels :
- 30 à 40 % de pièces en moins ;
- Plus petit en dimensions et en poids 2 à 3 fois supérieurs, par rapport au moteur à combustion interne standard correspondant en puissance ;
- Réponse de couple douce sur toute la plage de régime ;
- Absence de mécanisme à manivelle, et, par conséquent, un niveau de vibration et de bruit beaucoup plus faible ;
- Haut niveau de révolutions (jusqu'à 15000 tr/min !).

Une cuillère de goudron…

Il semblerait que si le Wankel a de tels avantages par rapport au moteur à pistons, alors qui a besoin de ces moteurs à pistons encombrants, lourds, cliquetants et vibrants ? Mais, comme c'est souvent le cas, dans la pratique, tout est loin d'être si chocolaté. Pas une seule invention ingénieuse, ayant quitté le seuil du laboratoire, n'a été envoyée dans la corbeille marquée "pour les déchets". La production en série a été trouvée non pas sur une pierre, mais sur tout un placer de granit:
- Développement du processus de combustion dans une chambre de forme défavorable ;
- Assurer l'étanchéité des joints;
- Assurer un travail sans déformation du corps dans des conditions de chauffage inégal;
- Faible efficacité thermique due au fait que la chambre de combustion RPD est beaucoup plus grande que celle d'un moteur à combustion interne traditionnel ;
- forte consommation carburant;
- Haute toxicité des produits gazeux de combustion ;
- Une zone de température étroite pour le fonctionnement du RPD : à basse température, la puissance du moteur chute fortement, à haute température, usure rapide des joints rotor.

Et quoi d'autre? Plus ou moins? Le jeu en vaut-il la chandelle ? Est-il judicieux (sinon plus - la possibilité) de maîtriser la production de masse de RPD?

Le seul modèle disponible dans le commerce à ce jour moteur rotatif est le moteur Wankel, qui appartient au type de moteurs rotatifs à mouvement circulaire planétaire de l'élément de travail principal. Une telle disposition constructive d'un moteur rotatif est sans aucun doute la plus simple à sa manière. dispositif technique, mais pas la manière la plus optimale d'organiser les flux de travail et a donc ses inconvénients inhérents et sérieux.

Il existe de nombreuses variétés de moteurs rotatifs à mouvement planétaire de l'élément de travail principal, mais ils ne diffèrent essentiellement les uns des autres que par le nombre de faces du rotor et la forme correspondante de la surface intérieure du boîtier. Les schémas ci-dessus des différentes dispositions de ces moteurs sont tirés du livre "Marine Rotary Engines", édition de 1967, auteurs E. Akatov, V. Bologov et autres et préparés pour publication dans au format électronique l'auteur de ce site.

Examinons brièvement la conception même de ce type de moteur, ainsi que l'historique de son apparence et de sa portée.

L'histoire de la création de moteurs rotatifs à mouvement de rotation planétaire de l'élément de travail principal commence en 1943, lorsque l'inventeur Mylar a proposé le premier schéma de ce type. Puis, en peu de temps, plusieurs autres brevets ont été déposés pour des moteurs de conception similaire. Y compris le développeur de la société allemande NSU - V. Frede. Mais le principal point faible Ce schéma d'un moteur rotatif était un système de joints entre les nervures à la jonction des faces adjacentes d'un rotor triangulaire rotatif et les parois d'un carter fixe. R. Wankel, en tant que spécialiste des joints, a participé à la résolution de ce problème d'ingénierie complexe. Bientôt, grâce à son énergie et à son esprit d'ingénierie, il est devenu le chef de l'équipe de développement. En 1957, un prototype de moteur rotatif de type DKM a été construit dans le laboratoire NSU, avec un rotor triangulaire et une chambre de travail en forme de capsule dans laquelle le rotor était immobile et le boîtier tournait autour de lui. La disposition de type KKM avec une disposition normale était beaucoup plus pratique - la chambre de travail dans le boîtier était fixe et le rotor y tournait. Ce moteur est apparu un an plus tard, en 1958. En novembre 1959, NSU a officiellement annoncé la création d'un moteur rotatif fonctionnel. En peu de temps, une centaine d'entreprises dans le monde ont acquis des licences pour cette technologie, dont 34 japonaises.

Le moteur s'est avéré être très petit, puissant et avait peu de pièces. En Europe, les ventes de voitures à moteur rotatif ont commencé, mais il s'est avéré qu'elles avaient une petite ressource motrice, elles consommaient beaucoup de carburant et avaient un échappement très toxique. La crise pétrolière de 1973 due à une autre guerre arabo-israélienne, lorsque les prix de l'essence ont augmenté plusieurs fois, a fortement soulevé la question de l'économie moteurs automobiles. Pour cette raison, en Europe et en Amérique, les tentatives visant à amener le moteur rotatif Wankel au degré de perfection souhaité ont été abandonnées. Et seule la société japonaise Mazda a obstinément continué à travailler dans cette direction. Et aussi l'usine soviétique VAZ - puisque l'essence à cette époque en URSS coûtait un sou, et un moteur puissant, quoique avec une petite ressource, était nécessaire aux forces de l'ordre. Mais en 2004, la production à petite échelle chez VAZ a été fermée et aujourd'hui Mazda est le seul constructeur automobile à produire en série des voitures à moteur rotatif.

Actuellement, une seule voiture avec un moteur rotatif Wankel est produite en série dans le monde - c'est coupé sport Mazda RX-8. Cette machine est équipée d'un moteur RENESIS à deux sections de rotor d'un volume total de 1,3 litre. Le moteur est disponible en plusieurs versions avec une puissance de 200 à 250 ch.

Après aperçu de l'histoire d'un moteur rotatif à mouvement planétaire du rotor, attardons-nous sur l'examen de ses avantages et inconvénients.

AVANTAGES du moteur rotatif Wankel par rapport aux moteurs à piston traditionnels :

1) Augmentation de la puissance spécifique (ch / kg), elle est presque deux fois plus élevée que cet indicateur du piston 4 moteurs à course. La masse des pièces en mouvement inégal dans le moteur Wankel est bien inférieure à celle des moteurs à pistons de puissance similaire, et l'amplitude de ces mouvements déséquilibrés est sensiblement plus petite. Cela est dû au fait que dans le "piston" des mouvements alternatifs sont effectués, et dans le moteur Wankel - des circuits rotatifs planétaires. De plus, le moteur Wankel n'a pas vilebrequin et des tiges.

Le fait qu'un tel moteur de conception à rotor unique produise de la puissance pendant les trois quarts de chaque tour de l'arbre de sortie joue également dans la puissance accrue du Wankel. Contrairement à un moteur à piston monocylindre 4 temps qui ne délivre de la puissance que pendant un quart de chaque tour de l'arbre de sortie.

C'est pour ces raisons que beaucoup plus de puissance est retirée du volume unitaire de la chambre de combustion dans le moteur rotatif série Wankel. Avec un volume de chambre de travail de 1300 cm 3, la Mazda RX-8 a une puissance de 200 ch - 250 ch, et la précédente Modèle Mazda RX-7, avec un moteur de même taille, mais avec un turbocompresseur, produisait 350 ch. C'est pourquoi une caractéristique particulière de la Mazda RX est d'excellentes performances dynamiques : en basse vitesse, il est possible d'accélérer la voiture au-dessus de 100 km/h à des régimes moteur plus élevés (8 000 tr/min ou plus) sans charge excessive sur le moteur.

2) Le moteur Wankel est beaucoup plus facile à équilibrer mécaniquement et à éliminer les vibrations, ce qui améliore le confort des poumons Véhicule type de microcars ;

3) dimensions un moteur à pistons rotatifs est 1,5 à 2 fois moins cher par rapport à un moteur à pistons de puissance comparable. Le moteur Wankel contient 35 à 40 % de pièces en moins.

Défauts

1) La courte longueur de course de la face du rotor triangulaire Bien qu'il soit difficile de comparer ces indicateurs directement avec un moteur à piston - les types de mouvements de piston et de rotor sont trop différents, mais le moteur Wankel a environ un cinquième de longueur de course en moins . Il existe une différence fondamentale entre le Wankel et le moteur à piston - le «piston» a une augmentation de volume dans la direction d'une direction linéaire, qui coïncide avec la direction de la course. Mais pour Wankel, ce mouvement est complexe et seule une partie de la trajectoire du rotor triangulaire à mouvement planétaire devient la ligne réelle de la course de travail. (FIG.) C'est pourquoi le moteur Wankel a un rendement énergétique inférieur à celui des moteurs à pistons. Par conséquent, en raison de la courte longueur de course, la température est très élevée. les gaz d'échappement- les gaz de travail n'ont pas le temps de transférer leur pression principale au rotor, car la fenêtre d'échappement et les gaz chauds sont déjà ouverts haute pression avec des fragments volumétriques du mélange de travail qui n'ont pas encore cessé de brûler, ils sortent dans tuyau d'échappement. Par conséquent, la température des gaz d'échappement du moteur Wankel est très élevée.

2) La forme complexe de la chambre de combustion en « croissant ». Une telle chambre de combustion présente une grande surface de contact des gaz avec les parois du carter et du rotor. Par conséquent, une partie importante de la chaleur est dépensée pour chauffer les pièces du moteur, ce qui réduit l'efficacité thermique et augmente le chauffage du moteur. De plus, cette forme de chambre de combustion entraîne une détérioration de la formation du mélange et un ralentissement de la vitesse de combustion du mélange de travail. Par conséquent, sur Moteur Mazda Les RX-8 coûtent 2 bougies d'allumage sur une section de rotor. Ces caractéristiques affectent également négativement le niveau d'efficacité thermodynamique.

3) Couple potentiellement faible pour un moteur rotatif. Afin de supprimer la rotation d'un rotor mobile dont le centre de rotation effectue lui-même en permanence une rotation planétaire selon une trajectoire circulaire autour du centre géométrique de la chambre de travail, ce moteur utilise des disques excentrés sur l'arbre principal. En fait, ce sont des éléments d'un dispositif à manivelle. Autrement dit, le moteur Wankel ne pouvait pas complètement éliminer le principal inconvénient des moteurs à combustion interne à piston classiques - le mécanisme à manivelle - bielle. Bien qu'il soit présenté dans le moteur Wankel dans sa version allégée - sous la forme d'un arbre excentrique, mais les principaux défauts de ce mécanisme: un mode de couple déchiré et pulsé et un petit bras de l'élément principal qui perçoit le couple - sont restés «non guéri". (FIG.) C'est pourquoi un Wankel mono-section est peu efficace et qu'il faut faire 2 ou 3 sections de rotor pour obtenir des performances normales, il est également souhaitable de mettre un volant moteur supplémentaire sur l'arbre.

En plus de la présence dans le moteur Wankel mécanisme à manivelle, le couple, faible pour un moteur rotatif, est également affecté par le fait que le schéma cinématique d'un tel moteur est très irrationnel en termes de perception par la surface du rotor de la pression des gaz de détente de travail. Par conséquent, seule une certaine partie de la pression - environ un tiers - est traduite en rotation de travail du rotor et crée un couple. Nous parlerons plus de couple dans une section spéciale du site.

Pour plus de détails sur le principe de génération de couple dans un moteur rotatif Wankel, voir la page TORQUE du site.

4) La présence de vibrations dans le corps. Le fait est que le système d'un moteur rotatif avec un mouvement planétaire de l'élément de travail implique un mouvement hors équilibre de ce corps. Ceux. lors de la rotation, le centre de masse du rotor effectue un mouvement de rotation continu autour du centre de masse du corps et le rayon de cette rotation est égal à l'épaulement de l'excentrique de l'arbre moteur principal. C'est pourquoi un vecteur de force en rotation constante agit sur le carter du moteur de l'intérieur, égal à la force centrifuge qui se produit sur le rotor. C'est-à-dire que le rotor, lorsqu'il tourne sur un arbre excentrique tournant à son tour, présente des éléments inévitables et prononcés de mouvement oscillatoire dans la nature de son mouvement. Ce qui conduit à l'inévitabilité des vibrations. (RIZ.)

5) Usure rapide des joints radiaux mécaniques aux angles du triangle du rotor, car ils sont soumis à une forte charge radiale, inévitable dans le moteur Wankel par son principe même de fonctionnement. (RIZ.)

6) La menace constante d'une percée de gaz à haute pression de la cavité d'un cycle de travail à la cavité d'un autre cycle. En effet, le contact du joint radial entre l'ailette du rotor et la paroi de la chambre de combustion s'effectue en une seule ligne fine. En même temps, il y a toujours le problème de la percée de gaz à travers les douilles d'installation de la fiche lorsque la nervure du rotor passe dessus.

7) Système de lubrification sophistiqué du rotor en rotation. Dans le moteur Mazda RX-8, des buses spéciales injectent de l'huile dans les chambres de combustion pour lubrifier les ailettes du rotor frottant contre les parois de la chambre de combustion pendant la rotation. Cela augmente la toxicité des gaz d'échappement et en même temps rend le moteur très exigeant sur la qualité de l'huile. De plus, à des vitesses élevées, les exigences de lubrification de la surface cylindrique de la partie excentrique de l'arbre principal, autour de laquelle le rotor tourne, et qui supprime la force principale du rotor et se traduisent par une rotation de l'arbre, sont accrues. Ce sont ces deux difficultés techniques, très difficiles à résoudre, qui ont conduit à une lubrification insuffisante à haute vitesse des pièces les plus sollicitées par friction d'un tel moteur, ce qui a, par conséquent, fortement réduit la durée de vie du moteur. C'est la solution insuffisante de ces problèmes techniques qui a conduit à une très petite ressource de moteurs Wankel, qui ont été produits par l'AvtoVAZ domestique. (FIG. - indiquer la surface de contact cylindrique de la douille intérieure du rotor et l'excentrique du disque de l'arbre)

8) Les exigences élevées en matière de précision d'exécution de pièces de forme complexe rendent un tel moteur difficile à fabriquer. Une telle production nécessite un équipement de haute précision et coûteux - des machines capables de créer des volumes complexes d'une chambre de travail avec une surface épitrochoïdale incurvée. Le rotor lui-même a également la forme d'un triangle complexe avec des surfaces convexes.

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Comme le montre le contenu de cette section du site, le moteur rotatif Wankel présente des avantages prononcés, ainsi qu'un grand nombre de lacunes pratiquement insurmontables qui ne permettaient pas à ce type de moteur de déplacer les moteurs à pistons de l'arsenal de la technologie moderne. . Bien que de telles perspectives aient été sérieusement discutées à la fin des années 60 et au début des années 70 du siècle dernier, et en revues analytiques des opinions ont été exprimées selon lesquelles d'ici la fin des années 80 du 20e siècle, plus de la moitié des voitures dans le monde auront déjà des moteurs rotatifs de différents types ....

Et, malgré la présence de caractéristiques négatives et de difficultés techniques, le moteur rotatif Wankel a pu apparaître techniquement et se dérouler comme un type de produit commercialement viable, car les lacunes de ses principaux concurrents - les moteurs à pistons à manivelle - mécanismes de bielle s'avèrent encore plus graves et nombreuses, et ce, malgré plus d'un siècle de tentatives pour les améliorer.

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SUITE À PROPOS DU MOTEUR ROTATIF WANKEL
Septembre 2016

L'un des problèmes les plus difficiles de tous les types de moteurs rotatifs est la création système efficace joints, qui doivent créer un volume fermé dans les chambres de travail d'un moteur rotatif. Jusqu'à présent, c'est l'une des principales difficultés du schéma de type Tverskoy. Là, il est nécessaire de réaliser un système d'étanchéité efficace et difficile à fabriquer.

Et afin de former ma main et d'acquérir une expérience positive dans un tel domaine, j'ai décidé de créer une petite copie de travail du moteur Wankel à partir de zéro. Le travail touche déjà à sa fin - je joins une photo d'un tel moteur.

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La production du petit Wankel se déroule à un rythme optimal. Le moteur est prêt à 95%, des petits détails restent. Étant donné que sur certains sites Internet, ces photos sont déjà en discussion et que beaucoup de fantasmes s'enroulent autour d'elles, je vous informe. Le moteur a été créé à partir de "ZERO", il n'y a pas une seule pièce de modèles étrangers. Il ne contient pas de pièces de Sachs Wankel, qui n'ont pas été produites depuis 30 ans, ni de petits aixro modernes modernes, etc., etc. Le carter du moteur est en acier allié structurel résistant à la chaleur soumis à un durcissement thermochimique.

La dureté de la couche superficielle est de 70 HRC. L'épaisseur de la couche renforcée thermiquement est en moyenne de 1,5 mm.

Les joints radiaux et mécaniques sont traités de la même manière et jusqu'aux mêmes indicateurs de dureté et de résistance à l'usure.

Le moteur a refroidissement par air, l'huile de lubrification sera fournie à la chambre de compression par 2 buses spéciales. Ceux. il n'y aura pas besoin de mélanger de l'huile avec de l'essence comme dans les moteurs 2 temps.

Le moteur a été mis sur un tour et soumis à un rodage à froid pendant plusieurs heures. Cela a permis d'évaluer le fonctionnement des joints et l'étanchéité des sections résultantes dans le moteur comme tout à fait sûr. Dans un avenir proche, la pression obtenue dans le secteur de compression du moteur sera mesurée. Le démarrage du moteur est prévu pour fin janvier.

Les principaux types de moteurs à combustion interne et machines 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'un taux d'usure assez élevé des pièces de mécanisme incluses dans Divers types 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 Caractéristiques moteurs, automobile, mécanique en toute autonomie. 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 sa progéniture 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 de 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 confortable et tout à fait salon 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 voitures expérimentales avec 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 Production domestique le moteur a été sauvé par des 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 RPD sur 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, sur routes nationales il y avait plusieurs minicars "Oka" avec RPD. 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.

Enfin

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. Pas tout le monde, même grande entreprise, peut 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.

Moteur à piston rotatif (RPD) ou moteur Wankel. Moteur à combustion interne développé par Felix Wankel en 1957 en collaboration avec Walter Freude. Dans RPD, la fonction d'un piston est assurée par un rotor à trois sommets (trièdre), qui effectue des mouvements de rotation à l'intérieur d'une cavité de forme complexe. Après une vague de modèles expérimentaux de voitures et de motos qui sont tombés dans les années 60 et 70 du XXe siècle, l'intérêt pour RPD a diminué, bien qu'un certain nombre d'entreprises travaillent toujours à l'amélioration de la conception du moteur Wankel. Actuellement, les RPD sont équipés de voitures Mazda. Le moteur à piston rotatif trouve une application dans la modélisation.

Principe d'opération

La force de pression de gaz du mélange carburant-air brûlé entraîne le rotor, qui est monté à travers des roulements sur l'arbre excentrique. Le mouvement du rotor par rapport au carter du moteur (stator) s'effectue par une paire d'engrenages, dont l'un, de plus grande taille, est fixé sur la surface intérieure du rotor, le second, de support, d'un taille plus petite, est fixée de manière rigide à la surface intérieure du capot latéral du moteur. L'interaction des engrenages conduit au fait que le rotor effectue des mouvements excentriques circulaires, en contact avec les bords de la surface interne de la chambre de combustion. En conséquence, trois chambres isolées de volume variable sont formées entre le rotor et le carter du moteur, dans lesquelles les processus de compression du mélange air-carburant, sa combustion, l'expansion des gaz qui exercent une pression sur la surface de travail du rotor et la purification de la chambre de combustion des gaz d'échappement ont lieu. Le mouvement de rotation du rotor est transmis à un arbre excentrique monté sur roulements et transmettant le couple aux mécanismes de transmission. Ainsi, deux paires mécaniques travaillent simultanément dans le RPD : la première régule le mouvement du rotor et se compose d'une paire d'engrenages ; et la seconde est transformatrice circulation de rond-point rotor dans la rotation de l'arbre excentrique. Le rapport d'engrenage des engrenages du rotor et du stator est de 2: 3, donc pour une révolution complète de l'arbre excentrique, le rotor a le temps de tourner de 120 degrés. Tour à tour, pour un tour complet du rotor dans chacune des trois chambres formées par ses faces, un cycle complet à quatre temps du moteur à combustion interne est effectué.
Régime RPD
1 - fenêtre d'entrée ; 2 fenêtres de sortie ; 3 - corps; 4 - chambre de combustion ; 5 - engin fixe; 6 - rotor; 7 - roue dentée; 8 - arbre; 9 - bougie

Avantages du RPD

Le principal avantage d'un moteur à pistons rotatifs est sa simplicité de conception. Le RPD contient 35 à 40 % de pièces en moins qu'un moteur à pistons à quatre temps. Il n'y a pas de pistons, bielles, vilebrequin dans RPD. Dans la version "classique" du RPD, il n'y a pas de mécanisme de distribution de gaz. Le mélange air-carburant pénètre dans la cavité de travail du moteur par la fenêtre d'admission, qui ouvre le bord du rotor. Les gaz d'échappement sont éjectés par l'orifice d'échappement, qui traverse, à nouveau, le bord du rotor (cela ressemble au dispositif de distribution de gaz d'un moteur à pistons à deux temps).
Le système de lubrification mérite une mention spéciale, qui est pratiquement absent dans la version la plus simple du RPD. De l'huile est ajoutée au carburant - comme dans le fonctionnement des moteurs de moto à deux temps. Lubrification des paires de friction (principalement du rotor et surface de travail chambre de combustion) est produit par le mélange air-carburant lui-même.
Comme la masse du rotor est petite et facilement équilibrée par la masse des contrepoids de l'arbre excentrique, le RPD se caractérise par un faible niveau de vibration et une bonne uniformité de fonctionnement. Dans les voitures avec RPD, il est plus facile d'équilibrer le moteur, en atteignant un niveau minimum de vibrations, ce qui a un bon effet sur le confort de la voiture dans son ensemble. Les moteurs à double rotor fonctionnent particulièrement bien, dans lesquels les rotors eux-mêmes agissent comme des équilibreurs réduisant les vibrations.
Une autre qualité intéressante du RPD est sa puissance spécifique élevée à des vitesses élevées de l'arbre excentrique. Cela vous permet d'obtenir d'excellentes caractéristiques de vitesse à partir d'une voiture avec RPD avec une consommation de carburant relativement faible. La faible inertie du rotor et la puissance spécifique accrue par rapport aux moteurs à combustion interne à piston améliorent la dynamique de la voiture.
Enfin, un avantage important du RPD est sa petite taille. Un moteur rotatif a environ la moitié de la taille d'un moteur à pistons à quatre temps de même puissance. Et cela vous permet de mieux utiliser l'espace. compartiment moteur, calculez plus précisément l'emplacement des unités de transmission et la charge sur les essieux avant et arrière.

Inconvénients du RPD

Le principal inconvénient d'un moteur à pistons rotatifs est la faible efficacité des joints d'étanchéité entre le rotor et la chambre de combustion. Le rotor RPD de forme complexe nécessite des joints fiables non seulement le long des bords (et il y en a quatre sur chaque surface - deux le long du dessus, deux le long des faces latérales), mais également le long de la surface latérale en contact avec les capots du moteur . Dans ce cas, les joints sont réalisés sous la forme de bandes d'acier fortement allié à ressort avec un traitement particulièrement précis des surfaces de travail et des extrémités. Les tolérances pour la dilatation du métal due au chauffage altèrent leurs caractéristiques - il est presque impossible d'éviter la percée de gaz aux extrémités des plaques d'étanchéité (dans les moteurs à pistons, l'effet labyrinthe est utilisé en installant des bagues d'étanchéité avec des espaces dans différentes directions).
DANS dernières années la fiabilité des joints a considérablement augmenté. Les concepteurs ont trouvé de nouveaux matériaux pour les joints. Cependant, il n'est pas encore nécessaire de parler d'une percée. Les phoques sont toujours les plus goulot SPR.
Le système d'étanchéité complexe du rotor nécessite une lubrification efficace des surfaces de friction. Le RPD consomme plus d'huile qu'un moteur à pistons à quatre temps (de 400 grammes à 1 kilogramme aux 1000 kilomètres). Dans ce cas, l'huile brûle avec le carburant, ce qui nuit au respect de l'environnement des moteurs. Il y a plus de substances dangereuses pour la santé humaine dans les gaz d'échappement des RPD que dans les gaz d'échappement des moteurs à pistons.
Des exigences particulières sont également imposées sur la qualité des huiles utilisées dans les RPD. Cela est dû, d'une part, à une tendance à l'usure accrue (en raison de la grande surface des pièces en contact - le rotor et la chambre interne du moteur), et d'autre part, à la surchauffe (encore une fois, en raison d'une friction accrue et en raison de la petite taille du moteur lui-même). ). Les vidanges d'huile irrégulières sont mortelles pour les RPD - car les particules abrasives dans la vieille huile augmentent considérablement l'usure et l'hypothermie du moteur. Le démarrage d'un moteur froid et un échauffement insuffisant conduisent au fait qu'il y a peu de lubrification dans la zone de contact des joints du rotor avec la surface de la chambre de combustion et des couvercles latéraux. Si un moteur à pistons se grippe en cas de surchauffe, le RPD se produit le plus souvent lors d'un démarrage à froid du moteur (ou lors de la conduite par temps froid, lorsque le refroidissement est excessif).
En général température de fonctionnement Le RPD est supérieur à celui des moteurs à pistons. La zone la plus sollicitée thermiquement est la chambre de combustion, qui a un petit volume et, par conséquent, une température élevée, ce qui rend difficile l'allumage du mélange carburant-air (les RPD sont sujets à la détonation en raison de la forme allongée de la chambre de combustion, ce qui peut aussi être attribué aux inconvénients de ce type de moteur). D'où l'exigence de RPD sur la qualité des bougies. Habituellement, ils sont installés dans ces moteurs par paires.
Les moteurs à pistons rotatifs, dotés d'excellentes caractéristiques de puissance et de vitesse, s'avèrent moins souples (ou moins élastiques) que ceux à pistons. Ils ne délivrent une puissance optimale qu'à des vitesses suffisamment élevées, ce qui oblige les concepteurs à utiliser des RPD en tandem avec des boîtes de vitesses à plusieurs étages et complique la conception. boîtes automatiques engrenages. En fin de compte, les RPD ne sont pas aussi économiques qu'ils devraient l'être en théorie.

Application pratique dans l'industrie automobile

Les RPD étaient les plus largement utilisés à la fin des années 60 et au début des années 70 du siècle dernier, lorsque le brevet du moteur Wankel a été acheté par 11 grands constructeurs automobiles du monde.
En 1967, la société allemande NSU a produit une série une voiture classe affaires NSU Ro 80. Ce modèle a été produit pendant 10 ans et vendu dans le monde à hauteur de 37204 exemplaires. La voiture était populaire, mais les défauts du RPD qui y était installé ont finalement ruiné la réputation de cette merveilleuse voiture. Dans le contexte de concurrents durables, le modèle NSU Ro 80 avait l'air «pâle» - le kilométrage était jusqu'à révision moteur avec les 100 000 kilomètres déclarés n'a pas dépassé 50 000.
Concern Citroën, Mazda, VAZ ont expérimenté RPD. Le plus grand succès a été remporté par Mazda, qui a lancé sa voiture de tourisme avec RPD en 1963, quatre ans avant l'introduction de la NSU Ro 80. Aujourd'hui, Mazda équipe les voitures de sport de la série RX avec RPD. Voitures modernes Les Mazda RX-8 sont libérées de bon nombre des défauts du Felix Wankel RPD. Ils sont assez écologiques et fiables, bien qu'ils soient considérés comme «capricieux» par les propriétaires de voitures et les réparateurs.

Application pratique dans l'industrie de la moto

Dans les années 70 et 80, certains fabricants de motos ont expérimenté le RPD - Hercules, Suzuki et autres. Actuellement, la production à petite échelle de motos "rotatives" n'a été établie que chez Norton, qui produit le modèle NRV588 et prépare la moto NRV700 pour la production en série.
Norton NRV588 est une moto sportive équipée d'un moteur bi-rotor d'un volume total de 588 centimètres cubes et développant une puissance de 170 Cheval-vapeur. Avec un poids à sec d'une moto de 130 kg, le rapport puissance/poids d'une sportive s'annonce littéralement prohibitif. Le moteur de cette machine est équipé de systèmes d'admission variables et injection électronique carburant. Tout ce que l'on sait du modèle NRV700, c'est que la puissance RPD de cette sportive atteindra 210 ch.

Les moteurs à vapeur et les moteurs à combustion interne ont un inconvénient commun - le mouvement alternatif du piston doit être converti en mouvement de rotation des roues. D'où le rendement évidemment faible et la forte usure des éléments du mécanisme. Beaucoup voulaient construire un moteur à combustion interne de sorte que toutes les pièces mobiles qu'il contient ne tournent que - comme cela se produit dans les moteurs électriques.

Cependant, la tâche s'est avérée difficile, seul un mécanicien autodidacte, qui de toute sa vie n'a jamais reçu d'enseignement supérieur, ni même de spécialité professionnelle, a réussi à le résoudre avec succès.

Felix Heinrich Wankel (1902-1988) est né le 13 août 1902 dans la petite ville allemande de Lahr. Pendant la Première Guerre mondiale, le père de Félix est décédé, à cause duquel le futur inventeur a dû quitter le gymnase et aller travailler comme apprenti vendeur dans une librairie d'une maison d'édition. Grâce à ce travail, Wankel est devenu accro à la lecture de livres, à partir desquels il a étudié indépendamment les disciplines techniques, la mécanique et l'ingénierie automobile.
Il y a une légende selon laquelle la solution au problème est venue à Félix, dix-sept ans, dans un rêve. Que cela soit vrai ou non est inconnu. Mais force est de constater que Félix avait une capacité de mécanique très remarquable et un regard « non savonneux » sur les choses. Il a compris comment les quatre cycles d'un moteur à combustion interne conventionnel (injection, compression, combustion, échappement) peuvent être effectués en tournant.
Assez rapidement, Wankel a proposé la première conception de moteur et, en 1924, il a organisé un petit atelier, qui a également servi de "laboratoire" impromptu. Ici, Felix a commencé à mener les premières recherches sérieuses dans le domaine des moteurs à combustion interne à piston rotatif.
À partir de 1921, Wankel était un membre actif du NSDAP. Il a défendu les idéaux du parti, a été le fondateur de l'Association panallemande de la jeunesse militaire et le Jungführer de diverses organisations. En 1932, il quitte le parti après avoir accusé un de ses anciens collègues de corruption politique. Cependant, sur une contre-accusation, il a lui-même dû passer six mois en prison. Sorti de prison grâce à l'intercession de Wilhelm Keppler, il continua à travailler sur le moteur. En 1934, il crée le premier prototype et obtient un brevet pour celui-ci. Il a conçu de nouvelles soupapes et chambres de combustion pour son moteur, en a créé plusieurs versions différentes, a développé une classification des schémas cinématiques pour diverses machines à pistons rotatifs.

En 1936, BMW s'est intéressé au prototype de moteur Wankel - Felix a reçu de l'argent et son propre laboratoire à Lindau pour développer des moteurs d'avion expérimentaux.
Cependant, jusqu'à la défaite même de l'Allemagne nazie, pas un seul moteur Wankel n'est entré en production. Il a peut-être fallu trop de temps pour penser au design et créer une production de masse.
Après la guerre, le laboratoire a été fermé, le matériel a été transporté en France et Félix s'est retrouvé sans emploi (son ancienne appartenance au Parti national-socialiste l'affectait). Cependant, Wankel a rapidement obtenu un poste d'ingénieur de conception chez NSU Motorenwerke AG, l'un des plus anciens fabricants de motos et de voitures.
En 1957, grâce aux efforts conjoints de Felix Wankel et de l'ingénieur principal de la NSU, Walter Froede, un moteur à piston rotatif a été installé pour la première fois sur la voiture NSU Prinz. La conception initiale s'est avérée loin d'être parfaite: même pour remplacer les bougies, il a fallu démonter la quasi-totalité du "moteur", la fiabilité laissait beaucoup à désirer, et c'était un péché de parler d'efficacité à ce stade de développement . À la suite des tests, une voiture équipée d'un moteur à combustion interne traditionnel est entrée dans la série. Néanmoins, le premier moteur à pistons rotatifs DKM-54 a prouvé ses performances fondamentales, ouvert des directions pour un raffinement supplémentaire et démontré le potentiel colossal des «rotors».
Ainsi, un nouveau type de moteur à combustion interne a enfin fait son apparition. À l'avenir, il aura beaucoup plus d'améliorations et d'améliorations. Mais les perspectives d'un moteur à pistons rotatifs sont si attrayantes que rien ne pourrait empêcher les ingénieurs d'amener la conception à l'excellence opérationnelle.

Avant d'analyser les avantages et les inconvénients des moteurs à combustion interne à pistons rotatifs, il convient tout de même d'examiner plus en détail leur conception.
Un trou rond a été percé au centre du rotor, recouvert de l'intérieur de dents comme un engrenage. Un arbre rotatif de plus petit diamètre, également avec des dents, est inséré dans ce trou, ce qui garantit qu'il n'y a pas de glissement entre celui-ci et le rotor. Les rapports des diamètres du trou et de l'arbre sont choisis de manière à ce que les sommets du triangle se déplacent le long de la même courbe fermée, appelée "épitrochoïde" - l'art de Wankel en tant qu'ingénieur était de comprendre d'abord que cela est possible, et puis calculez tout exactement. En conséquence, le piston, qui a la forme d'un triangle de Reuleaux, découpe trois chambres de volume et de position variables dans la chambre, reprenant la forme de la courbe trouvée par Wankel.
La conception d'un moteur à combustion interne à piston rotatif vous permet de mettre en œuvre n'importe quel cycle à quatre temps sans utiliser de mécanisme de distribution de gaz spécial. Grâce à ce fait, le "rotor" s'avère beaucoup plus simple qu'un moteur à pistons à quatre temps conventionnel, dans lequel, en moyenne, il y a près d'un millier de pièces supplémentaires.
L'étanchéité des chambres de travail dans un moteur à combustion interne à pistons rotatifs est assurée par des plaques d'étanchéité radiales et d'extrémité pressées contre le "cylindre" par des ressorts à ruban, ainsi que par les forces centrifuges et la pression des gaz.
Une autre de ses caractéristiques techniques est sa « productivité du travail » élevée. Pour un tour complet du rotor (c'est-à-dire pour le cycle "injection, compression, allumage, échappement"), l'arbre de sortie fait trois tours complets. Dans un moteur à pistons conventionnel, de tels résultats ne peuvent être obtenus qu'avec un moteur à combustion interne à six cylindres.

Après la première démonstration réussie d'un moteur rotatif à combustion interne en 1957, les plus grands géants de l'automobile ont commencé à montrer un intérêt accru pour le développement. Au début, la licence du moteur, qui a reçu le nom informel "Wankel", a été achetée par Curtiss-Wright Corporation, un an plus tard, Daimler-Benz, MAN, Friedrich Krupp et Mazda. En très peu de temps, les licences de la nouvelle technologie ont été acquises par une centaine d'entreprises à travers le monde, dont des monstres tels que Rolls-Royce, Porsche, BMW et Ford - dans un moteur à pistons rotatifs, il y a 40 % moins de pièces, il est plus facile à réparer et à fabriquer.

De plus, le Wankel est presque deux fois plus compact et plus léger qu'un ICE à piston traditionnel, ce qui améliore la maniabilité de la voiture, facilite l'emplacement optimal de la transmission et permet un intérieur plus spacieux et confortable.

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Le moteur à pistons rotatifs développe une puissance élevée avec une consommation de carburant plutôt modeste. Par exemple, un "wankel" moderne avec un volume de seulement 1300 cm3 développe une puissance de 220 ch, et avec un turbocompresseur - tous les 350. Un autre exemple est un moteur miniature OSMG 1400 pesant 335 g (volume de travail de 5 cm3) développe une puissance de 1,27 litres .Avec. En fait, ce petit est 27% plus fort qu'un cheval.
Un autre avantage important est le faible niveau de bruit et de vibrations. Le moteur à piston rotatif est parfaitement équilibré mécaniquement, de plus, la masse des pièces mobiles (et leur nombre) est bien moindre, de sorte que le «Wankel» fonctionne beaucoup plus silencieusement et ne vibre pas.
Et enfin, le moteur à piston rotatif présente d'excellentes caractéristiques dynamiques. En petite vitesse, vous pouvez accélérer la voiture à 100 km / h à des régimes moteur élevés sans trop charger le moteur. De plus, la conception Wankel elle-même, en raison de l'absence de mécanisme de conversion du mouvement alternatif en mouvement de rotation, est capable de supporter des vitesses plus élevées qu'un moteur à combustion interne traditionnel.

Après la NSU Spyder sortie en 1964, le mythique modèle NSU Ro 80 a suivi (il existe encore de nombreux clubs de propriétaires de ces voitures dans le monde), Citroën M35 (1970), Mercedes C-111 (1969), Corvette XP (1973) . Mais le seul constructeur de masse était le japonais Mazda, qui produit depuis 1967, parfois 2-3 nouveaux modèles avec RPD. Des moteurs rotatifs ont été installés sur des bateaux, des motoneiges et des avions légers. La fin de l'euphorie est arrivée en 1973, au plus fort de la crise pétrolière. C'est alors que le principal inconvénient des moteurs rotatifs est apparu - l'inefficacité. À l'exception de Mazda, tous les constructeurs automobiles ont mis fin aux programmes rotatifs et les ventes de la société japonaise en Amérique sont passées de 104 960 voitures vendues en 1973 à 61 192 en 1974. Outre des avantages indéniables, le Wankel présentait également un certain nombre d'inconvénients très sérieux. Tout d'abord, la durabilité. L'un des premiers prototypes de moteurs à pistons rotatifs est tombé en panne en seulement deux heures. Le DKM-54 suivant, plus performant, avait déjà duré cent heures, mais cela ne suffisait toujours pas pour le fonctionnement normal de la voiture. Le principal problème résidait dans l'usure inégale de la surface intérieure de la chambre de travail. Pendant le fonctionnement, des sillons transversaux y sont apparus, qui ont reçu le nom parlant de "marques du diable".

Chez Mazda, après avoir acquis une licence pour le Wankel, tout un département a été formé pour améliorer le moteur à pistons rotatifs. Très vite, il s'est avéré que lorsque le rotor triangulaire tournait, les bouchons sur ses sommets commençaient à vibrer, à la suite de quoi des «marques de diable» se formaient.
À l'heure actuelle, le problème de fiabilité et de durabilité a finalement été résolu en utilisant des revêtements résistants à l'usure de haute qualité, y compris des revêtements en céramique.
Un autre problème sérieux est la toxicité accrue de l'échappement Wankel. Comparé à un moteur à combustion interne alternatif classique, un "rotornik" émet moins d'oxydes d'azote dans l'atmosphère, mais beaucoup plus d'hydrocarbures, en raison d'une combustion incomplète du carburant. Assez rapidement, les ingénieurs de Mazda, qui croyaient en l'avenir radieux du Wankel, ont trouvé une solution simple et efficace à ce problème. Ils ont créé le soi-disant réacteur thermique, dans lequel les résidus d'hydrocarbures dans les gaz d'échappement étaient simplement «brûlés». La première voiture à mettre en œuvre ce schéma fut la Mazda R100, également appelée Familia Presto Rotary, sortie en 1968. Cette voiture, l'une des rares, a immédiatement passé les exigences environnementales très strictes imposées par les États-Unis en 1970 pour les voitures importées.
Le problème suivant des moteurs à pistons rotatifs découle en partie du précédent. C'est l'économie. La consommation de carburant d'un "wankel" standard due à une combustion incomplète du mélange est nettement supérieure à celle d'un moteur à combustion interne standard. Une fois de plus, les ingénieurs de Mazda se sont mis au travail. Grâce à une série de mesures, notamment la refonte du thermoréacteur et du carburateur, l'ajout d'un échangeur de chaleur au système d'échappement, le développement d'un convertisseur catalytique et l'introduction d'un nouveau système d'allumage, l'entreprise a réalisé une réduction de 40 % de la consommation de carburant. À la suite de ce succès indéniable, la voiture de sport Mazda RX-7 est sortie en 1978.

Il convient de noter qu'à cette époque, seuls Mazda et ... AvtoVAZ produisaient des voitures équipées de moteurs à pistons rotatifs dans le monde entier.
C'est au cours de l'année désastreuse de 1974 que le gouvernement soviétique a créé un bureau de conception spécial RPD (SKB RPD) à l'usine automobile de la Volga - l'économie socialiste est imprévisible. À Togliatti, les travaux ont commencé sur la construction d'ateliers pour la production en série de "wankels". Étant donné que le VAZ était initialement prévu comme une simple copie des technologies occidentales (en particulier celles de Fiat), les spécialistes de l'usine ont décidé de reproduire le moteur Mazda, en écartant complètement tous les développements décennaux des instituts nationaux de construction de moteurs.
Les responsables soviétiques ont négocié avec Felix Wankel pendant un certain temps concernant l'achat de licences, dont certaines ont eu lieu directement à Moscou. Certes, aucun argent n'a été trouvé et il n'a donc pas été possible d'utiliser certaines technologies propriétaires. En 1976, le premier moteur Volga à section unique VAZ-311 d'une capacité de 65 ch a été mis en service, il a fallu encore cinq ans pour affiner la conception, après quoi un lot expérimental de 50 unités de VAZ-21018 rotatif " unités" a été produite, qui s'est instantanément dispersée parmi les travailleurs de VAZ. Il est immédiatement devenu clair que le moteur ne ressemblait qu'à un moteur japonais - il a commencé à s'effondrer de manière très soviétique. La direction de l'usine a été contrainte de remplacer tous les moteurs par des moteurs à pistons de série en six mois, de réduire de moitié les effectifs de SKB RPD et de suspendre la construction d'ateliers. Le salut du bâtiment domestique des moteurs rotatifs est venu des services spéciaux: ils n'étaient pas très intéressés par la consommation de carburant et la durée de vie du moteur, mais ils étaient très intéressés par les caractéristiques dynamiques. Immédiatement, un RPD à deux sections d'une puissance de 120 ch a été fabriqué à partir de deux moteurs VAZ-311, qui ont commencé à être installés sur une «unité spéciale» - VAZ-21019. C'est à ce modèle, qui a reçu le nom officieux "Arkan", que nous devons d'innombrables histoires sur les "cosaques" de la police rattrapant la fantaisie "Mercedes", et de nombreux agents des forces de l'ordre - ordres et médailles. Jusqu'aux années 90, Arkan, sans prétention extérieure, a très facilement dépassé toutes les voitures. En plus du VAZ-21019, AvtoVAZ produit également de petits lots de voitures VAZ-2105, -2107, -2108, -2109, -21099. La vitesse maximale du "huit" rotatif est d'environ 210 km / h et il accélère à des centaines en seulement 8 secondes.
Relancé sur commandes spéciales, SKB RPD a commencé à fabriquer des moteurs pour les sports nautiques et les sports automobiles, où les voitures à moteur rotatif ont commencé à remporter des prix si souvent que les responsables sportifs ont été contraints d'interdire l'utilisation du RPD.
En 1987, le chef du SKB RPD, Boris Pospelov, est décédé et Vladimir Shnyakin, un homme qui est venu dans l'industrie automobile de l'aviation et n'aime pas les transports terrestres, a été élu lors d'une assemblée générale. L'orientation principale de SKB RPD est la création de moteurs pour l'aviation. C'était la première erreur stratégique : nous produisons disproportionnellement moins de voitures, et l'usine vit des moteurs vendus.
La deuxième erreur a été l'orientation dans la production préservée de RPD automobiles vers des moteurs VAZ-1185 de faible puissance de 42 ch. pour l'Oka, bien que plus voraces, mais les moteurs rotatifs plus dynamiques demandent les voitures domestiques les plus rapides - par exemple, pour le G8. Les mêmes japonais n'installent des "wankels" que sur les modèles sportifs. En conséquence, il n'y avait que quelques minicars rotatifs "Oka" sur les routes russes. En 1998, une version civile du moteur VAZ-415 rotatif à deux cylindres de 1,3 litre a finalement été préparée, qui a été installée sur les VAZ-2105, 2107, 2108 et 2109.

En mai 1998, l'anneau VAZ-110 "RPD-sport" (190 ch, 8500 tr/min, 960 kg, 240 km/h) est homologué. Hélas, les choses ne sont pas allées plus loin qu'un seul échantillon, plus souvent montré lors d'expositions que de départ dans des courses. La 110 était la plus puissante du peloton, mais la conception franchement brute à chaque fois ne lui permettait pas de démontrer tout son potentiel. Cependant, la chose la plus offensante est que chez VAZ, ils se sont rapidement refroidis vers le sens de rotation, et l'unique Lada a été convertie en une voiture de rallye avec un moteur à combustion interne conventionnel.

Alors pourquoi tous les principaux constructeurs automobiles ne sont-ils pas encore passés à Wankel ? Le fait est que la production de moteurs à pistons rotatifs nécessite, premièrement, une technologie bien rodée avec une grande variété de nuances, et toutes les entreprises ne sont pas prêtes à suivre le chemin de la même Mazda, en marchant sur de nombreux "râteaux" en cours de route . Et deuxièmement, nous avons besoin de machines spéciales de haute précision capables de tourner des surfaces décrites par une courbe aussi rusée qu'une épitrochoïde.

La Mazda RX-7 est l'une des premières voitures à être équipée d'un moteur à pistons rotatifs Wankel. Il y a eu quatre générations dans l'histoire de la Mazda RX-7. Première génération de 1978 à 1985. Deuxième génération - de 1985 à 1991. Troisième génération - de 1992 à 1999. Dernière, quatrième génération - de 1999 à 2002. La première génération de RX-7 est apparue en 1978. Il avait une configuration à moteur central et était équipé d'un moteur rotatif d'une capacité de seulement 130 ch. Avec.

À l'heure actuelle, seule Mazda est engagée dans des recherches sérieuses dans le domaine des moteurs à pistons rotatifs, améliorant progressivement leur conception, et la plupart des écueils dans ce domaine ont déjà été surmontés. Les "Wankels" sont tout à fait conformes aux normes mondiales en termes de toxicité des gaz d'échappement, de consommation de carburant et de fiabilité. Pour les machines-outils modernes, les surfaces décrites par l'épitrochoïde ne posent pas de problème (tout comme les courbes beaucoup plus complexes ne posent pas de problème), de nouveaux matériaux de structure permettent d'augmenter la durée de vie d'un moteur à pistons rotatifs, et son coût est déjà inférieur à celui d'un moteur à combustion interne standard en raison du nombre réduit de détails utilisés.
Comme NSU, Mazda dans les années 60. était une petite entreprise aux moyens techniques et financiers limités. La base de sa gamme était des camions de livraison et des runabouts familiaux. Il n'est donc pas surprenant que le coupé sport Mazda 110S Cosmo (982 cm3, 110 ch, 185 km/h) ait été créé pendant plus de 6 ans et se soit avéré très capricieux et coûteux. Et la réputation endommagée du NSU Ro80 n'a pas contribué à l'excitation (en 1967-1972, seuls 1175 "espaces" ont trouvé leurs propriétaires), mais l'intérêt mondial pour le 110S a contribué à une augmentation des ventes de tout le reste des produits de l'entreprise !
Pour prouver que le RPD est tout aussi fiable (sa supériorité en puissance est déjà devenue évidente pour tout le monde), Mazda a participé à la compétition pour la quasi-première fois de sa vie, et a choisi la course la plus difficile et la plus longue - les 84 heures Marathon De La Route, organisé sur le Nürburgring. Comment l'équipage belge a réussi à prendre la 4e place (la deuxième voiture a abandonné trois heures avant la ligne d'arrivée en raison de freins bloqués), perdant uniquement face à la Porsche 911 "adulte" sur la Nordschleife, semble rester un mystère.

Atelier Wankel à Lindau

Si depuis, les « rotorniks » japonais sont devenus des habitués des circuits, il leur aura fallu attendre 16 ans pour un succès majeur en Europe. En 1984, les Britanniques remportent la prestigieuse course quotidienne de Spa-Francochamps avec une RX-7. Mais aux États-Unis, sur le marché principal des "sept", sa carrière de pilote s'est développée avec beaucoup plus de succès: à partir du moment où elle a fait ses débuts dans le championnat IMSA GT en 1978 et jusqu'en 1992, elle a remporté plus d'une centaine d'étapes dans son classe, et de 1982 à 1992, elle a remporté plus d'une centaine d'étapes. excellé dans la course principale de la série - 24 heures de Daytona.
En rallye, la Mazda ne s'est pas si bien déroulée. Comme c'était souvent le cas avec les équipes japonaises (Toyota, Datsun, Mitsubishi), elles n'ont performé qu'à certaines étapes du Championnat du monde des rallyes (Nouvelle-Zélande, Grande-Bretagne, Grèce, Suède), qui intéressaient principalement les services marketing des préoccupations . Il y avait assez de titres nationaux : par exemple, en 1975-1980. Rod Millen en a remporté jusqu'à cinq en Nouvelle-Zélande et aux États-Unis. Mais en WRC, les succès étaient exclusivement locaux : le meilleur que la RX-7 a montré était les 3e et 6e places à l'Acropole grecque en 1985.
Eh bien, le succès le plus retentissant de Mazda en général et de RPD en particulier fut la victoire de son prototype sportif 787B (2612 cm3, 700 ch, 607 Nm, 377 km/h) au Mans en 1991. De plus, ce ne sont pas seulement des pilotes rapides et des équipements compétitifs qui ont aidé à vaincre les Porsche, Peugeot et Jaguar d'usine: la persévérance des managers japonais a également joué un rôle, «éliminant» régulièrement toutes sortes d'assouplissements dans la réglementation des rotors. Ainsi, à la veille de la victoire du 787e, les organisateurs de la course ont convenu de compenser la voracité des «rotors» par une réduction de poids de 170 kilogrammes (830 contre 1000). Le paradoxe était que, contrairement aux moteurs à essence, "l'appétit" du RPD avec un forçage supplémentaire augmentait à un rythme beaucoup plus modeste que celui des moteurs à pistons conventionnels, et le 787e s'avérait plus économique que ses principaux concurrents!

Ce fut un choc. Mercedes, que le magazine Stern pour son conservatisme n'appelait rien de plus qu'un "constructeur automobile pour messieurs à chapeaux de 50 ans", a présenté en 1969 une supercar qui a même frappé l'imagination en couleur. La couleur orange vif provocante, la forme nettement en forme de coin, la disposition du moteur central, les portes papillon et un RPD à trois sections robuste (3600 cm3, 280 ch, 260 km / h) - pour une Mercedes conservatrice, c'était quelque chose !

Et comme l'entreprise ne construisait pas de concepts, tout le monde croyait que la C111 n'avait qu'une seule voie : un assemblage (homologué) à petite échelle et un grand avenir en course, car depuis 1966 la FIA autorisait le RPD aux compétitions officielles. Et les chèques pleuvent au siège de Mercedes leur demandant de saisir le montant requis pour le droit de posséder la C111. Les Stuttgartois, quant à eux, alimentent encore l'intérêt pour l'Eske, en introduisant en 1970 la deuxième génération du coupé au design encore plus fantastique, un rotor à 4 sections et des performances époustouflantes (4800 cm3, 350 ch, 300 km /h). Pour peaufiner, Mercedes a construit cinq maquettes qui ont passé des jours et des nuits au Hockenheimring et au Nurburgring, se préparant à établir une série de records de vitesse. La presse savourait le "choc des titans" à venir entre la Mercedes rotative, la Ferrari atmosphérique et la Porsche suralimentée dans le Championnat du Monde d'Endurance. Hélas, le retour au grand sport n'a pas eu lieu. Premièrement, le C111 était très cher même pour Mercedes, et deuxièmement, les Allemands ne pouvaient pas vendre un design aussi rudimentaire. Et après la crise pétrolière des Caraïbes, ils ont généralement couvert le projet, en se concentrant sur les moteurs diesel. Ils ont équipé les dernières versions du C111, qui a établi plusieurs records du monde.

N'ayant pas de formation technique terminée, à la fin de sa vie, Felix Wankel a acquis une reconnaissance mondiale dans le domaine de la construction de moteurs et de la technologie d'étanchéité, après avoir remporté de nombreux prix et titres. Les rues et les places des villes allemandes (Felix-Wankel-Strasse, Felix-Wankel-Ring) portent son nom. En plus des moteurs, Wankel a développé un nouveau concept d'engin à grande vitesse et a construit lui-même plusieurs bateaux.

La chose la plus intéressante est que le moteur rotatif, qui a fait de lui un millionnaire et lui a valu une renommée mondiale, Wankel n'aimait pas, le considérant comme un "vilain petit canard". De véritables RPD fonctionnels ont été fabriqués selon le soi-disant "concept KKM", qui prévoit une rotation planétaire du rotor et nécessite l'introduction de contrepoids externes. Un rôle important a été joué par le fait que ce schéma n'a pas été proposé par Wankel, mais par l'ingénieur NSU Walter Freude. Jusqu'à récemment, Wankel lui-même considérait la disposition idéale du moteur «avec des pistons rotatifs sans pièces en rotation inégale» (Drehkolbenmasine - DKM), conceptuellement beaucoup plus belle, mais techniquement complexe, nécessitant notamment l'installation de bougies d'allumage sur un rotor rotatif. Néanmoins, les moteurs rotatifs du monde entier sont précisément associés au nom de Wankel, car tous ceux qui connaissaient étroitement l'inventeur affirment à l'unanimité que sans l'énergie irrépressible de l'ingénieur allemand, le monde n'aurait pas vu cet incroyable appareil. Felik Wankel est décédé en 1988.
L'histoire de la Mercedes 350 SL est curieuse. Wankel voulait vraiment avoir une Mercedes C-111 rotative. Mais la société Mercedes n'est pas allée à sa rencontre. Ensuite, l'inventeur a pris la série 350 SL, a jeté le moteur «natif» à partir de là et a installé un rotor du C-111, qui était 60 kg plus léger que le précédent 8 cylindres, mais développait beaucoup plus de puissance (320 ch à 6500 tr/min). En 1972, lorsque le génie de l'ingénierie a terminé de travailler sur son prochain miracle, il aurait pu être au volant de la Mercedes Classe SL la plus rapide à l'époque. L'ironie était que Wankel n'a jamais obtenu de permis de conduire pour le reste de sa vie.

On doit le regain d'intérêt pour le RPD au nouveau moteur Mazda Renesis (de RE - Rotary Engine - et Genesis). Au cours de la dernière décennie, les ingénieurs japonais ont réussi à résoudre tous les principaux problèmes de RPD - toxicité et inefficacité des gaz d'échappement. Par rapport à son prédécesseur, il a été possible de réduire la consommation de pétrole de 50%, l'essence de 40% et de ramener les émissions d'oxydes nocifs aux normes Euro IV. Un moteur à deux cylindres d'un volume de seulement 1,3 litre produit 250 ch. et prend beaucoup moins de place dans le compartiment moteur.
La voiture Mazda RX-8 a été spécialement développée pour le nouveau moteur qui, selon le directeur de la marque Mazda Motor Europe Martin Brink, a été créé selon un nouveau concept - la voiture a été «construite» autour du moteur. En conséquence, la répartition du poids le long des axes du RX-8 est idéale - 50 à 50. L'utilisation d'une forme unique et de petites dimensions du moteur a permis de placer le centre de gravité très bas. "La RX-8 n'est pas un monstre de course, mais c'est la voiture la plus maniable que j'aie jamais conduite", s'est enthousiasmé Martin Brink pour Popular Mechanics.
Tonneau de miel...
Sans aucun doute, à première vue, un moteur à pistons rotatifs présente de nombreux avantages par rapport aux moteurs à combustion interne traditionnels :
- 30 à 40 % de pièces en moins ;
- Plus petit en dimensions et en poids 2 à 3 fois supérieurs, par rapport au moteur à combustion interne standard correspondant en puissance ;
- Réponse de couple douce sur toute la plage de régime ;
- Absence de mécanisme à manivelle, et, par conséquent, un niveau de vibration et de bruit beaucoup plus faible ;
- Haut niveau de révolutions (jusqu'à 15000 tr/min !).
Une cuillère de goudron…
Il semblerait que si le Wankel a de tels avantages par rapport au moteur à pistons, alors qui a besoin de ces moteurs à pistons encombrants, lourds, cliquetants et vibrants ? Mais, comme c'est souvent le cas, dans la pratique, tout est loin d'être si chocolaté. Pas une seule invention ingénieuse, ayant quitté le seuil du laboratoire, n'a été envoyée dans la corbeille marquée "pour les déchets". La production en série a été trouvée non pas sur une pierre, mais sur tout un placer de granit:
- Développement du processus de combustion dans une chambre de forme défavorable ;
- Assurer l'étanchéité des joints;
- Assurer un travail sans déformation du corps dans des conditions de chauffage inégal;
- Faible efficacité thermique due au fait que la chambre de combustion RPD est beaucoup plus grande que celle d'un moteur à combustion interne traditionnel ;
- Consommation de carburant élevée ;
- Haute toxicité des produits gazeux de combustion ;
- Une zone de température étroite pour le fonctionnement du RPD : à basse température, la puissance du moteur chute fortement, à haute température, usure rapide des joints rotor.