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PFA 1 2019-2020 ECOLE NATIONALE D’INGENIEURS DE SFAX Génie Electromécanique Pro

PFA 1 2019-2020 ECOLE NATIONALE D’INGENIEURS DE SFAX Génie Electromécanique Projet Fin D’Année Le Moteur WANKEL Encadrer par : Mr. Mohamed Salah Abid Réaliser par : Mestiri Habib Introduction Un moteur rotatif est un moteur à combustion interne, comme un moteur automobile, mais il fonctionne d’une manière complètement différente de celle du moteur à pistons classique. Dans un moteur à pistons, le même volume d'espace (le cylindre) fait alternativement quatre tâches différe ntes: l'admission, la compression, la combustion et l'échappement. Un moteur rotatif fonctionne ces quatre mêmes emplois, mais chacun se produit dans sa propre partie du logement. C'est un peu comme avoir un cylindre dédié pour chacun des quatre métiers, avec le piston qui se déplace continuellement de l' un à l'autre. Page | 1 Table Des Matières Introduction …………………………………………………………………………………..……..P1 Chapitre 1. Recherche Bibliographique : a. Introduction …………………………………………………………………………………P4 b. Inventeur et Historique ………………………………………………………………..P5 c. Anatomie du moteur ……………………………………………………………….……P7 Chapitre 2. Fonctionnement du moteur : a. Transformation de l’énergie ………………………………………………………….P9 b. Cycle 4 temps du moteur Wankel ………………………………………………….P9 c. Avantages et inconvénients …………………………………………………………..P11 Chapitre 3. Etude thermodynamique (Cycle de Beau de Rochas) : a. Cycle théorique ………………………………………………………………………………P12 b. Cycle réel ………………………………………………………………………………………..P13 Chapitre 4. Conception SOLIDWORKS : Conclusion ………………………………………………………………………………………………..P14 Résumé ………………………………………………………………………………………………………P15 Page | 2 Liste Des Figures Figure 1.a.1 Wankel Engine Model AM 540 Figure 1.b.1 Félix Wankel (1902-1988), tenant dans ses mains son inventi on. Figure 1.b.2 Une NSU Spider Figure 1.c.1 Un rotor avant l'assemblage Figure 1.c.2 Le contour du trochoïde (en noir) généré par le mouvement du rotor en son enceinte. Figure 1.c.3 Des trochoïdes de moteur Wankel ; les lumières permettant, entre autres, le passage du liquide de refroidissement y sont bien visibles. Figure 1.c.4 Un vilebrequin de moteur Wankel, on remarque bien les 2 paliers excentrés par rapport à l'axe du vilebrequin Figure 2.a.1 Fonction du moteur Figure 2.b.1 Admission Figure 2.b.2 Compression Figure 2.b.3 inflammation Figure 2.b.4 Echappement Figure 3.a.1 Diagramme du cycle théorique de Beau de Rochas Figure 3.a.2 Energie théorique fournie Figure 3.b.1 Diagramme du cycle réel de Beau de Rochas Page | 3 Chapitre 1. Recherche Bibliographique : a. Introduction Le moteur Wankel est un type de moteur à combustion interne qui a pour but de convertir la pression en un mouvement rotatif. Toutes les pièces tournent constamment dans une seule direction, par opposition au moteur à piston alternatif commun, qui a pistons changer violemment direction. Contrairement aux plus communs à piston alternatif modèles, le moteur Wankel offre un rapport puissance-poids. Un moteur à combustion interne est un moteur thermique , où la combustion d'un combustible se produit avec un agent oxydant (habituellement de l' air) dans une chambre de combustion qui est une partie intégrante du fluide de travail circuit d'écoulement. Dans un moteur à combustion interne, l'expansion de la haute température et à haute pression des gaz produits par la combustion directe applique la force à certains composants du moteur. La force est appliquée typiquement à pistons , des aubes de turbine , le rotor ou une buse . Cette force se déplace le composant sur une distance, la transformation de l' énergie chimique en utiles énergie mécanique . Figure 1.a.1 Wankel Engine Model AM 540 b. Inventeur et Historique Page | 4 Figure 1.b.1 Félix Wankel (1902-1988), tenant dans ses mains son inventi on. Félix Wankel est un ingénieur allemand né à Lahr en Allemagne, le 13 août 1902. Il se passionne dès le plus jeune âge pour le dessin industriel, ainsi que le fonctionnement des machines. Durant les années 1920, il se rapproche des partis d'extrême droites alors présentes en Allemagne. A partir de 1924, Wankel manifeste son intérêt pour le moteur à piston rotatif dont il dessine des ébauches dans son atelier à Heidelberg, et il dépose un premier brevet en 1929. Il est engagé en 1934 par le constructeur BMW, au sein de sa division de soupapes rotatives pour les moteurs d'avions. De plus, subventionné par Hermann Göring, il crée son laboratoire en 1937 : le WVW pour Wankels Versuchs Werkstätten (Ateliers d'essai Wankel). Dès 1939, il travaille sur les soupapes d'avions militaires pour les firmes Daimler-Benz et BMW. Félix Wankel est arrêté après la guerre par les autorités françaises. Son laboratoire est alors démantelé et tous ces documents sont saisis. En 1951, il prend contact avec différentes entreprises, dont le fabricant de motocyclettes NSU Motorenwerke AG (dit NSU) ; l'entreprise, intéressée par son moteur à piston rotatif, lui propose un contrat le 20 décembre 1951 portant sur son invention. Puis en 1957 un autre moteur est réalisé : d'une cylindrée de 125 cm² et d'un diamètre de 26 cm, il développe 29 ch. à 17000tr/min. En 1960, le brevet de fabrication du Wankel est vendu aux firmes Mazda, Citroën, Daimler-Benz, MAN... Le premier véhicule commercialisé par NSU, équipé d'un moteur Wankel, la NSU Spider, est commercialisé en 1964. Page | 5 Figure 1.b.2 Une NSU Spider La société NSU continuera de développer des véhicules mus par un moteur à piston rotatif, jusque à l'année 1977, la marque ayant été absorbé en 1969 par Audi. Félix Wankel, décède le 9 octobre 1988 à Lindau, en Allemagne, il aura laissé derrière lui un moteur dont le principe révolutionnaire. c. Anatomie du moteur Page | 6 Ce qui caractérise le moteur Wankel sont ses différentes pièces ; il en compte un nombre beaucoup moins important que les moteurs à mouvement alternatif, et voici les principales : - le piston (ou rotor) : En forme de triangle de Reuleaux (triangle équilatéral curviligne), il est la pièce qui assure la transmission du couple entre le moteur et les roues. Les faces du triangle sont creusées afin d'augmenter de manière optimale le volume de la chambre de combustion. Le centre du rotor est percé et l'intérieur denté afin d'y insérer un vilebrequin, sur lequel un pignon est fixé et autour duquel aura lieu l'engrènement avec le rotor (cet engrènement sert uniquement de guidage au piston). Ce piston a un rapport rotatif de 2/3. Figure 1.c.1 Un rotor avant l'assemblage - le carter trochoïdale (stator) : C’est l'enceinte dans laquelle le piston est guidé ; sa forme est définie par la course des sommets de celui-ci : le rotor suivant une courbe épitrochoïde, le stator est donc de forme trochoïdale. Figure 1.c.2 Le contour du trochoïde (en noir) généré par le mouvement du rotor en son enceinte. L'équation de l'épitrochoïde est donnée, en coordonnées cartésiennes, par le système d'équations suivant, où e désigne l'excentricité, R la longueur entre le centre du piston et l'un des sommets du piston, et α l'angle de rotation : . Le stator possède la même largeur que les faces du rotor, et son enceinte est fermée latéralement par deux flasques ; il est aussi percé de deux lumières, l'une chargée de l'admission du mélange, l'autre de l'évacuation des gaz brulés. Ce carter est soumis à des contraintes thermomécaniques plus importantes que peuvent en subir des moteurs à soupapes, en effet l'admission des gaz frais, et l'évacuation des gaz Page | 7 brûlés ayant toujours lieu dans deux zones différentes, la température à l'intérieur du carter ne peut être moyennée que par de nombreuses lumières ou passe le liquide de refroidissement. Figure 1.c.3 Des trochoïdes de moteur Wankel ; les lumières permettant, entre autres, le passage du liquide de refroidissement y sont bien visibles. - Le vilebrequin : Il est la pièce qui assure la transformation du mouvement de révolution du rotor en un mouvement circulaire, ce qui le diffère d'un vilebrequin de moteur à pistons alternatifs. Ce vilebrequin possède autant de paliers que de pistons, plus un. Les paliers sont excentrés de l'axe du vilebrequin et solidaires des différents pistons. Le dessin de la couronne du piston et l'arrangement définissent le diamètre des paliers. Figure 1.c.4 Un vilebrequin de moteur Wankel, on remarque bien les 2 paliers excentrés par rapport à l'axe du vilebrequin Ce vilebrequin n'est pas soumis à d'importantes vibrations de torsion ; les matériaux le composant sont donc l'acier au chrome ou au molybdène généralement, des matériaux connus pour leur robustesse. Page | 8 Chapitre 2. Fonctionnement du moteur : a. Transformation de l’énergie La fonction du moteur est de produire une énergie mécanique, en transformant l’énergie chimique grâce à une combustion interne. Figure 2.a.1 Fonction du moteur Le moteur thermique reçoit de l’essence, combustible du système d’alimentation carburation. Il réalise une énergie grâce à une compression. Cette combustion est déclenchée par le système d’allumage. Il produit une énergie mécanique disponible au volant moteur. Il rejette des gaz brûlés. Il évacue les calories par son système de refroidissement. Il reçoit le courant électrique haute tension nécessaire à l’allumage Le conducteur a une action sur le démarreur. Le moteur reçoit du démarreur l’énergie mécanique nécessaire à son lancement. Il reçoit aussi le lubrifiant nécessaire au fonctionnement de son système de graissage. Le premier problème posé était : convertir l’énergie chimique dans un combustible en énergie calorifique (chaleur), puis convertir cette chaleur en énergie mécanique (travail). b. Cycle 4 temps du moteur Wankel Le moteur à uploads/Marketing/ rapport-pfa-1.pdf