Histoire de moteurs : les moteurs rotatifs

L’histoire de l’automobile est ponctuée d’innovations ou de nouvelles technologies qui, parfois, ne rencontrent pas le succès escompté, voire sont des échecs cuisants. News d’anciennes va vous présenter aujourd’hui un moteur atypique, que certains amateurs connaissent, œuvre d’un ingénieur allemand à la sortie de la Seconde Guerre Mondiale : le moteur rotatif, plus connu sous le nom de moteur Wankel.

Principe des moteurs rotatifs

En quoi consiste donc ce moteur ? Comme son nom l’indique, le piston ne suit pas un mouvement alternatif de haut en bas dans le cylindre. Le piston est ici de forme globalement triangulaire et tourne dans une chambre (le stator, également appelé housing) et les trois « pointes » assurent la séparation entre les différentes « zones » du cycle de combustion (admission, compression/détente, échappement). Cette structure permet de se passer d’une quantité non négligeable de pièces mobiles, pas besoin de bielle, le piston [A] tourne directement autour du vilebrequin [B], pas besoin de soupapes (et donc, de mécanisme de distribution), des lumières, comme sur un moteur deux temps, suffisent pour gérer la circulation des gaz dans le moteur.

Animation Wankel - Wikimedia

Ce moteur a été imaginé et développé par Félix Wankel, ingénieur autodidacte qui pose les bases de son concept dès les années 1920, il ouvrira d’ailleurs son propre atelier à Heidelberg en 1924 pour se consacrer au développement de son moteur révolutionnaire, dont le premier brevet sera déposé en 1929. Ces travaux l’amèneront à intégrer les équipes de développement du Ministère de l’Air sous le régime nazi et, à la fin de la guerre, il est arrêté par les autorités françaises qui démantèlent son atelier et saisissent l’intégralité de ses documents.

Les debuts de l’industrialisation du Wankel

En 1951, Wankel ouvre un nouveau bureau de recherches à Lindau et est contacté par NSU, aboutissant à un contrat d’association afin de développer le moteur à piston rotatif, dans le but d’une industrialisation. Ce n’est qu’à partir de 1954 que Wankel et NSU développent un prototype expérimental automobile : le DKM54. Ce moteur offre des performances prometteuses : 29 ch. à 17000 tr/min pour une cylindrée de seulement 125 cm3 ! Cependant, l’industrialisation de cette version n’est pas envisagée car la conception à rotor extérieur de ce prototype génère de trop grandes contraintes d’implantation.

C’est pourquoi, dès 1957 est lancé le développement d’un nouveau moteur, le KKM, dont la paroi extérieure est fixe, et le piston tourne sur un excentrique, bien que cette configuration n’autorise pas des régimes de rotation aussi élevés que sur la version précédente.

En 1960, une version 250 cm3 de ce moteur est installée dans une NSU Prinz modifiée, servant de mulet pour essais routier. Ce moteur développe 30 ch. à 5000 tr/min, soit un rendement bien inférieur au précédent. Mais cela n’arrête pas NSU, qui décide de lancer la production d’un modèle de série, équipé d’un moteur rotatif.

C’est ainsi qu’apparait en 1964, la NSU Spider, dérivée de la NSU Prinz Sport Coupé, équipée d’un moteur monorotor de 497.5 cm3 développant 50 ch., en lieu et place du bicylindre 583 cm3 de 30 ch. Ce petit Spider sera produit à 2375 exemplaires jusqu’à cessation de sa production, en 1967. Sur cette même période, NSU avait fondé en partenariat avec Citroën le bureau d’études Comobil, basé à Genève, afin de développer un véhicule à moteur Wankel. Au final, le projet sera abandonné, et Comotor, nouvelle filiale de NSU et Citroën, en charge de produire les moteurs rotatifs pour les modèles des deux marques est créée en 1967 au Luxembourg.

C’est également en 1967 que NSU lance la Ro80, propulsée par le tout nouveau moteur Comotor 626 (birotor 995 cm3, 115 ch. à 5500 tr/min), ce modèle se veut la vision de l’automobile des années 1980 (comme son nom l’indique). Cette berline 5 places se voit ainsi équipée de quatre freins à disques ATE, d’une suspension à quatre roues indépendantes, d’une direction à pignon et crémaillère, ainsi que d’une transmission à embrayage automatique !

En parallèle à la production de la Ro80 chez NSU, Citroën lance en 1969, la M35, véhicule d’essai client (Citroën ne manquait pas d’idées pour faire ses essais de développement à l’époque) dérivé de l’Ami 8, équipé d’un prototype Comotor monorotor 497.5 cm3. Ces modèles étaient vendus à des clients triés sur le volet qui devaient au préalable certifier effectuer plus de 30000 km par an, et accompagnés d’un entretien complet assuré par Citroën. Les 267 exemplaires produits étaient destinés à être détruits à terme, et aujourd’hui seul quelques-uns d’entre eux ont survécu… En 1973, la marque aux chevrons dévoile enfin son modèle de grande série à moteur Wankel, la GS Birotor, version luxueuse et vitaminée de la GS. Cette version, équipée du Comotor 624 (Birotor 995 cm3, 107 ch. à 6500 tr/min), se différencie des versions standard, par ses pneus plus larges, son intérieur plus haut de gamme, son alarme sur le compte-tours, et son train avant spécifique, qui préfigure celui de la future CX.

Cependant, 1973 marque aussi le monde automobile d’une manière bien plus violente, le premier choc pétrolier entraine de nombreux constructeurs dans la tourmente, et les modèles gourmands en carburant sont les plus impactés. Le moteur Wankel est une cible idéale, avec sa consommation pouvant péniblement descendre sous les 13l/100km. C’est ainsi que la GS Birotor voit sa production s’arrêter en 1975 après seulement 846 exemplaires fabriqués, et que Citroën se voir racheter par Peugeot, qui poussera les agents Citroën à échanger les GS Birotor par des CX, afin de les envoyer en destruction et de ne pas avoir à assurer les couts de maintenance de l’engin.

NSU maintiendra la production de la Ro80 jusque 1977, après quelques 37389 exemplaires fabriqués dans leur usine de Neckarsulm, année marquant la fermeture de l’usine Comotor, la disparition de NSU, complètement absorbée par Audi, et celle du moteur Wankel.

Mazda, dernier champion du rotatif

Fin d’une aventure ? Que nenni ! C’était sans compter l’engouement de Tsuneji Mastsuda, président du groupe Toyo Kogyo, pour cette mécanique révolutionnaire. Dès 1961, il entre en négociation avec NSU, aboutissant à un contrat de coopération avec Mazda, la branche automobile du groupe, appuyé par le gouvernement japonais. Le but était de profiter de la fiscalité avantageuse réservée aux véhicules de petite cylindrés (moins de 1000 cm3) tout en offrant des performances d’une voiture de sport.

C’est ainsi que commence le développement du moteur 40A, un monorotor très proche du KKM400 de NSU (rotor de 90 mm de rayon et 59 mm d’épaisseur), qui ne sera jamais utilisé en production. Très rapidement les ingénieurs de Mazda se trouvent confrontés aux problèmes inhérents à cette mécanique : des marques apparaissent sur l’enveloppe extérieure de la chambre, dues à l’entrée en résonnance des segments d’arête et le moteur a une consommation d’huile excessive.

En 1963, Mazda présente le prototype Cosmo Sport au salon de Tokyo, ainsi que son moteur birotor, le L8A (rotors de 98mm de rayon et 56 mm d’épaisseur, soit 798 cm3 de cylindrée), avec de nouveaux segments d’arête en acier trempé, changeant de fréquence de résonnance, et donc annulant le problème de marques sur la paroi de la chambre. Ce moteur est également doté de nouveaux joints caoutchouc sur le côté du rotor, réglant le problème de surconsommation d’huile.

Cosmo 110 S - petroloicousDès 1965, le L8A est remplacé par le L10A, birotor de 982 cm3, dans sa version 0810 (110ch à 7000 tr/min). Il inaugure une admission à deux lumières latérales (admission perpendiculaire au rotor) par rotor, chacune alimentée par son propre carburateur Stromberg double corps, ainsi que l’usage de fonte d’aluminium recouvert de chrome pour le bloc et d’acier chrome-molybdène pour le vilebrequin. Ce moteur sera utilisé notamment sur les 80 modèles de pré production qui parcourront la bagatelle de 3 millions de kilomètres en 2 ans afin de fiabiliser cette nouvelle technologie. La Cosmo Sport 110S sort ainsi, dans sa version définitive en mai 1697, et sera produite sous cette forme jusqu’en juillet 1968, à 343 exemplaires.

En effet, les coûts de production dus aux choix des matériaux sont peu rentables pour Mazda, qui décide de revenir à des matériaux plus conventionnels, ainsi apparaît en 1968, le L10A, version 0813, dont la principale différence avec le 0810 est son poids, qui passe de 102 à 122kg, et un gain de 18 chevaux. Ce moteur équipe donc la nouvelle version de la Cosmo 110S, qui se voit parée de jantes 15 pouces, au lieu des 14 de la première série, et équipée d’une boite 5 rapports au lieu de 4. Cette version sera produite à 1176 exemplaires jusqu’en Septembre 1972. En parallèle, Mazda intègre ce moteur en version « dégonflée » à 100 chevaux (version simple carburateur) dans sa berline Familia, donnant naissance à la Familia Rotary et également dans le coupé qui en dérive, plus connu sous le nom de R100 en Occident (il sera importé aux Etats-Unis). Ces deux modèles disparaitront en 1973.

Ce moteur connaitra une dernière évolution à partir de 1971, la version 0866, développée spécifiquement pour le marché japonais (toujours cette réglementation favorisant les motorisations de moins de 1000 cm3) qui équipera les Mazda Savanna S102 (exportées sous le nom de RX-3), avec des lumières d’échappements retravaillées et un système d’échappement modifié afin de correspondre aux normes antipollution mises en place par le gouvernement nippon. Cette version 105 chevaux disparaitra en 1973.

Luce R130Pour ne pas laisser sa clientèle plus bourgeoise en reste, Mazda développe également une version rotative de son grand coupé Luce, dessiné par Giugiaro, pour cela, il faut développer un moteur spécifique à l’architecture traction avant de ce dernier (reprenant l’architecture de la Ro80). Ainsi nait la Luce R130, équipée du 13A, un birotor 1310 cm3 (rayon du rotor porté à 120mm) développant 126 chevaux. L’aventure rotatif traction disparaitra en 1972, avec le retour à une architecture propulsion pour la Luce, faisant de la R130 un ultra collector.

En parallèle à ces deux mécaniques, Mazda développe le 12A, version « longue course » du 10A (épaisseur du rotor passant de 60 à 70mm, soit une cylindrée portée à 1146 cm3) qui équipera une petite dizaine de modèles de 1970 à 1985, dans différentes configurations. On le retrouve ainsi de 1970 à 1980 en version 130 chevaux sous le capot des Mazda RX-2, RX-3, RX-4, RX-5, Luce Rotary, dans les Coupés Cosmo séries LA et HB et dans les premières RX-7 (SA/FB). Il existera en version à la puissance baissée à 110 chevaux, pour des raisons de pollution, sur les RX-3 de 1972 à 1974. Il se verra également adjoindre à partir de 1981 des lumières d’admission à géométrie variable.

L’ultime évolution de ce moteur sera la version turbo compressée à injection électronique, poussant la puissance à 160 chevaux, puis 165 dans sa version Impact Turbo, que l’on trouvera dans les RX-7 (SA/FB), Luce et Cosmo HB

De 1974 à 1978, dans les RX-2 et RX-3, Mazda a implanté le 12B, version légèrement modifiée du 12A, principalement par l’utilisation d’un seul distributeur d’allumage au lieu de deux, ce qui en augmente la fiabilité.

Mazda_RX-5_Rotarystock_HollandEnfin Mazda développe le 13B, version « longue course » du 12A (le rotor passe de 70 à 80mm), qui n’a aucun rapport avec le 13A. Ce dernier offre donc une cylindrée de 1308 cm3 et sera le moteur rotatif le plus produit de l’histoire. Sa première configuration développait 130 chevaux, mais dégageait moins d’émissions polluantes que le 12A. Il est utilisé dès 1973 dans la RX-4, puis en 1974 dans le Rotary Pickup, seul pickup jamais équipé d’un moteur rotatif, puis en 1975, il équipe les Roadpacer, RX-5 et Cosmo, dans des versions dites AP (anti-pollution).

Cosmo HBPour les années 1984-85, le 13B devient 13B-RESI (Rotary Engine Super Injection), ce dernier est équipé d’un tout nouveau collecteur d’admission et d’une boite à air à double étage, qui permettent d’obtenir un effet proche de celui d’un compresseur grâce aux effets de résonnance générés par l’ouverture et la fermeture des différentes lumières d’admission. L’adjonction d’une injection Bosch L-Jetronic permet à ce nouveau moteur de développer 165 chevaux, tout en réduisant encore d’un cran les émissions polluantes. Ce bloc équipera les RX-7 GSL-GE, et les Luce et Cosmo HB.

Le 13B-RESI est rapidement remplacé (1986) par le 13B-DEI, équipé d’une admission variable lui permettant de développer 146 chevaux puis 160 à partir de 1989. On retrouvera ce moteur dans les RX-7 FC.

En cette même année, le 13B se voit dérivé en version turbocompressée, le 13B-T. Ce bloc récupère l’injection à 4 injecteurs du RESI, mais ne conserve pas l’admission variable. Le turbo twin scroll est alimenté par les gaz d’échappement par clapet mécanique jusqu’en 1988, ou ce système sera remplacé par un collecteur d’échappement retravaillé permettant de se passer de cet élément mobile. Ce bloc développe 185 chevaux et équipe les Luce HC Turbo II et les RX-7 Turbo. En 1989, la puissance sera portée à 200 chevaux pour la RX-7 FC Turbo II.

Entre 1990 et 1995, le 13B-T devient 13B-RE, avec les plus grandes lumières d’admission latérales jamais développées pour un rotatif, ainsi que l’installation de deux turbos étagés (un gros Turbo Hitachi HT15 primaire, et un HT-10, plus petit, secondaire). Ce moteur développant 235 chevaux équipera les Eunos Cosmo (série JC). C’est d’ailleurs la première implantation de turbos séquentiels dans une voiture de série !

A partir de 1992 sera produite une autre version biturbo, le 13B-REW, équipé de deux turbos Hitachi HT-12 à fonctionnement séquentiel (le premier turbo assure le remplissage jusqu’à 4500 tr/min les deux turbos fonctionnant de concert au-delà). On le retrouvera dans les RX-7 (FD) délivrant une puissance, selon les variantes, allant de 250 à 285 chevaux, entre 1992 et 2002.

Le 13B-REW donnera également naissance à un moteur unique dans l’histoire automobile, le 20B-REW est à ce jour le seul moteur tri-rotor jamais produit en série, il possède une cylindrée de 1962 cm3 (3 rotors de 654 cm3 au lieu de deux dans le 13B). Combiné à deux turbos Hitachi HT12, il développe la bagatelle de 300 chevaux, malheureusement accolé à une boîte automatique, pour conserver l’esprit coupé grand tourisme de L’Eunos Cosmo.

Enfin, apparaît sous le capot de la RX-8 en 2003 le Renesis, aussi connu sous le nom de 13B-MSP (Multi Side Port), développé afin de réduire les émissions polluantes et d’améliorer son rendement (le défaut principal de l’architecture à piston rotatif). La principale différence par rapport aux modèles précédents est le positionnement latéral des lumières d’échappement (et non plus périphérique), éliminant ainsi le chevauchement échappement/admission et permettant de redessiner les lumières d’admission.

wpid-wp-1436815228959.jpegCes modifications ont permis de sensiblement augmenter le taux de compression, et donc de développer une puissance bien supérieure. D’autre part, de nouveaux joints d’étanchéité, ainsi que de nouveaux segments d’arête permettent au Renesis de tourner plus rapidement que ses prédécesseurs. Ainsi, le Renesis voit sa puissance passer à 192 chevaux en atmosphérique, voire à 231, pour les versions haute performance, avec l’adjonction d’un troisième étage d’admission et un régime maximal porté de 9000 à 9500 tr/min. Ce moteur disparait en 2012, sans laisser de successeur.

Comme vous aurez pu le constater, en 60 ans d’existence, le moteur à piston rotatif n’a cessé d’évoluer, tout en coûtant cher à ceux qui s’y sont frottés : NSU a disparu, Citroën, financièrement à genoux n’a survécu que grâce à Peugeot, et Mazda a failli y rester, délaissant dans un premier temps les moteurs classiques, avant de n’intégrer le moteur rotatif que dans leurs véhicules sportifs, restreignant donc fortement les volumes de production. A l’heure actuelle, il n’en existe plus dans la production automobile de série, et seul le Pro Mazda Championship fait encore appel au rotor. Les normes environnementales sont sévères pour les moteurs polluants, et il faut bien l’admettre, le moteur à piston rotatif l’est, sauf en fonctionnement stationnaire, où sa grande légèreté mécanique lui permet de consommer très peu, et c’est peut-être là son avenir, en tant que prolongateur d’autonomie pour les véhicules électriques, en tout cas, c’est ainsi que Mazda l’envisage….

Pour les passionnés, cela restera toujours un moteur atypique, à la douceur de fonctionnement incomparable (absence quasi-totale de vibrations), au bruit indescriptible (pour ceux qui ne connaissent pas, allez chercher une vidéo d’une Mazda 787B au Mans 1991, qu’elle a d’ailleurs gagné, vous serez conquis, comme je l’ai été). Les véhicules à moteur rotatif sont donc des collectors à récupérer dès à présent, attention à l’historique cependant, car nombreux sont les garagistes qui ne maîtrisent pas cette technologie, et beaucoup de ces voitures doivent partir à la casse par manque d’entretien ou entretien mal maîtrisé, sauvez-les !

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8 réflexions au sujet de « Histoire de moteurs : les moteurs rotatifs »

    • Merci pour le soutien ! Toutes mes excuses pour ce petit couac sur le 12A des FB, je n’ai jamais réussi à recouper l’info lors de la rédaction, mais avec deux personnes me relayant la même info, j’aurais du l’ajouter !

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