Comment fonctionne un moteur Wankel — principe, avantages et défauts structurels

Contrairement à un moteur à pistons alternatifs classique, où chaque piston remonte et redescend dans son cylindre en s'arrêtant à chaque extrémité de course, un moteur Wankel (ou moteur à piston rotatif) réalise les quatre temps du cycle à essence — admission, compression, combustion, échappement — grâce à un rotor triangulaire (de forme trochoïdale à trois lobes) qui tourne continûment à l'intérieur d'un carter de forme épitrochoïdale, ressemblant grossièrement à une cacahuète. Le rotor entraîne un arbre excentrique par un jeu d'engrenages cycloïdaux, cet arbre effectuant lui-même trois tours pour chaque tour complet du rotor.

Une mécanique radicalement plus simple

L'architecture du Wankel supprime d'un coup bielles, vilebrequin classique, soupapes et arbre à cames : l'admission et l'échappement se font par de simples orifices fixes, percés soit dans les flasques latéraux, soit dans le carter lui-même. Cette simplicité mécanique — moins de la moitié des pièces d'un moteur à pistons comparable — se traduit par un coût de fabrication potentiellement réduit, un encombrement et un poids nettement inférieurs à cylindrée égale, et surtout une douceur de fonctionnement remarquable : n'ayant jamais à changer de sens de déplacement comme un piston classique, le rotor engendre beaucoup moins de vibrations, et chaque cycle de combustion s'étale sur une durée plus longue qu'avec un moteur à pistons. Le Wankel affiche également un excellent rendement volumétrique (parfois supérieur à 100 %), lui permettant de monter très haut en régime, une consommation d'octane plus modeste qu'un moteur à pistons, et des émissions d'oxydes d'azote réduites grâce à une température de combustion plus basse.

Des défauts tout aussi structurels

Ces qualités ont pour contrepartie des faiblesses inhérentes à la géométrie même du Wankel, documentées dès les premiers développements chez NSU : les courbes mathématiquement complexes du rotor et du carter rendent l'étanchéité particulièrement délicate à assurer, qu'il s'agisse des joints d'angle et d'apex aux extrémités du rotor ou des joints toriques entre carter et flasques latéraux — un défi qui culminera avec la crise de fiabilité de la Ro 80 (voir La crise des joints d'apex — quand la garantie de la Ro 80 a failli couler NSU). Le rendement thermique d'un Wankel reste par ailleurs nettement inférieur à celui d'un moteur à pistons à soupapes en tête : une partie du mélange air-carburant reste piégée contre les parois et le rotor sans brûler complètement, ce qui explique à la fois une consommation de carburant élevée et des émissions d'hydrocarbures imbrûlés et de monoxyde de carbone plus importantes. Selon la formule d'équivalence thermique de la Society of Automotive Engineers, un moteur rotatif de 995 cm³ consomme ainsi environ autant qu'un moteur à pistons de 2 985 cm³ — soit trois fois sa cylindrée nominale — alors que sa puissance ne correspond qu'à environ le double de cette même cylindrée. Le Wankel consomme également de l'huile pour la lubrification du rotor, à la manière d'un moteur deux-temps, ce qui nécessite des systèmes de dosage dédiés, et sa faible efficacité thermique impose des besoins de refroidissement plus importants qu'un moteur à pistons de puissance comparable.

Une fiche volontairement générique

Cette description du principe général du moteur Wankel vaut pour l'ensemble des constructeurs qui l'ont industrialisé — NSU en pionnier, mais aussi Mazda, Citroën/Comotor, Norton ou AvtoVAZ (voir Les licenciés du moteur Wankel dans le monde — NSU au centre d'un réseau industriel mondial) — chacun ayant ensuite développé ses propres solutions techniques (matériaux de joints, position des lumières d'admission/échappement, nombre de bougies) pour tenter de compenser ces défauts structurels. Le détail propre à la mécanique NSU/Ro 80 est traité dans Le moteur KKM 612 de la Ro 80 — fiche technique et évolutions (1967-1977).

Voir aussi

• DKM contre KKM — la querelle technique qui a façonné le moteur Wankel industriel · Le moteur KKM 612 de la Ro 80 — fiche technique et évolutions (1967-1977) · La crise des joints d'apex — quand la garantie de la Ro 80 a failli couler NSU · Les licenciés du moteur Wankel dans le monde — NSU au centre d'un réseau industriel mondial