Petit mais puissant : le moteur rotatif Wankel 40ACS imprimé en 3D dévoilé

Alors que les moteurs électriques gagnent en popularité et voient leur adoption croître, avec une prévision d’augmentation de leur taille de marché à un TCAC de 7,61 % pour atteindre 246,59 milliards de dollars d’ici 2032, de nombreuses innovations se produisent également dans les moteurs à combustion interne (ICE).

Le moteur à combustion interne est un moteur thermique qui brûle du carburant et convertit son énergie chimique en travail. Son adaptabilité remarquable à travers diverses applications, telles que l’automobile, le maritime, l’aérospatiale et la production d’énergie, stimule sa taille de marché, qui devrait croître à un TCAC de 4,7 % pour dépasser 485 milliards de dollars d’ici 2032.

C’est la remarquable maniabilité et la durabilité des ICE qui les ont rendus si populaires dans le monde entier pendant toutes ces décennies. Sans oublier qu’ils peuvent fonctionner avec différents types de carburants, tels que l’essence, le diesel et les renouvelables.

Compte tenu de l’efficacité, de la polyvalence, du rapport qualité‑prix et de la haute densité de puissance de ces moteurs, la technologie ICE continue d’attirer l’attention et de connaître de l’innovation.

Récemment, Advanced Innovative Engineering (AIE) a annoncé son tout nouveau moteur rotatif Wankel 40ACS, offrant une combinaison de petite taille et de puissance significative. Le moteur rotatif Wankel à air refroidi avancé intègre la technologie exclusive de refroidissement Compact SPARCS d’AIE.

AIE est une société d’ingénierie basée au Royaume‑Uni qui conçoit et développe depuis plus d’une décennie des solutions de puissance à moteur rotatif innovantes. L’entreprise intervient également dans la consultation, la conceptualisation et les tests d’une gamme de moteurs rotatifs Wankel innovants et très efficaces.

Inventé dans les années 1950 par l’ingénieur allemand Felix Wankel, le moteur rotatif Wankel est un type de moteur à combustion interne qui utilise un rotor triangulaire pour convertir la pression en mouvement de rotation.

En plus de présenter une conception simple avec moins de pièces mobiles, ce qui le rend plus fiable et plus facile à entretenir, le moteur Wankel possède un rapport puissance‑poids élevé, ce qui en fait un bon choix pour des applications telles que les véhicules aériens sans pilote (UAVs).

D’autres applications de ces moteurs se retrouvent dans les aéronefs, les systèmes de puissance automobile hybrides, les motos, les motoneiges, les jet‑skis, les voitures de piste, les tronçonneuses, les petits générateurs et les unités d’alimentation auxiliaires pour l’aérospatiale et les véhicules terrestres.

Cependant, le moteur Wankel n’est pas exempt de défauts, qui se manifestent sous forme de faible efficacité, de transfert thermique élevé dû à un rapport surface‑volume important, de problèmes d’étanchéité et de fuites, ainsi que de mauvaises émissions à cause de la forme de sa chambre de combustion.

AIE est reconnue pour ses moteurs rotatifs Wankel, qu’elle continue d’innover avec des modèles comme le 40S à 5 chevaux (bhp), le 80S à 15 BHP, le 225CS à 40 BHP et le moteur 650S à 120 BHP. Son dernier produit, le 40ACS, montre les efforts continus de la société pour faire progresser la technologie des moteurs en utilisant des outils et techniques modernes.

« Le 40ACS représente l’avenir des moteurs compacts, efficaces et durables, offrant une polyvalence inégalée pour les applications critiques », a déclaré AIE dans un communiqué officiel, tout en soulignant que son moteur aura un impact significatif dans les domaines de la robotique et de l’aérospatiale, où la combinaison performance‑taille du 40ACS est très recherchée.

Spécifications du 40ACS: Conception compacte avec haute performance

Le moteur rotatif Wankel à air refroidi de pointe d’AIE offre haute performance et efficacité tout en proposant un rapport puissance‑poids inégalé. Parmi les principaux avantages du 40ACS listés par la société figurent la compacité, l’endurance prolongée, le système de refroidissement révolutionnaire et le faible coût total de possession.

Le moteur rotatif présente d’excellentes caractéristiques opérationnelles, telles qu’un fonctionnement fluide et de faibles vibrations.

La dernière offre d’AIE se distingue par son design unique et simplifié, qui comporte moins de composants que les moteurs à pistons traditionnels. En tant que l’une des plus petites offres de la société, le 40ACS mesure 16,3 cm de hauteur, 19,5 cm de largeur et 17,2 cm de profondeur. Il délivre également 2,75 lb‑ft de couple à 8 000 tr/min.

Le moteur à rotor unique du 40ACS possède également un design compact grâce à un nombre réduit de composants. Cela se traduit par un moteur plus petit et plus léger, ne pesant que 2 kg (4,4 lb) tout en délivrant 5 BHP (3,7 kW), offrant un rapport puissance‑poids exceptionnel de 1,14 hp/lb, dépassant le repère de 1,0 hp/lb. Ainsi, le 40ACX maximise la puissance sans occuper d’espace précieux.

Cela le rend adapté aux systèmes nécessitant une puissance importante mais disposant d’un espace limité, ainsi qu’aux véhicules qui doivent atteindre des vitesses plus élevées plus rapidement. Le haut rapport puissance‑poids permet également d’allonger les temps de vol, permettant aux véhicules de fonctionner plus longtemps et de couvrir de plus grandes distances.

Avoir moins de pièces mobiles signifie également que le véhicule subit moins d’usure, assurant ainsi une maintenance réduite mais, surtout, une fiabilité élevée et durable.

En ce qui concerne le type de carburant, le 40ACS peut fonctionner avec différents carburants, notamment l’essence et l’AVGAS, ainsi que des carburants lourds comme le Jet A‑1, le JP5 et le JP8, rendant le moteur très polyvalent et utilisable dans diverses applications et environnements opérationnels tout en maintenant son efficacité.

Son système d’allumage est une bougie unique avec une gestion électronique complète du moteur, complétée par un système d’huile de lubrification optimisé numériquement, tandis que le générateur est optionnel.

Pour le système de refroidissement du 40ACS, AIE a utilisé sa propre technologie brevetée appelée Self‑Pressurizing Air‑Rotor Cooling System (SPARCS). Le SPARCS est une technologie éprouvée, que AIE décrit comme une « révolution dans la technologie de refroidissement des moteurs rotatifs ».

Il s’agit d’un aspect fondamental de la conception du moteur de la société, qui utilise les gaz produits lors de la combustion pour le refroidir. Ainsi, le système élimine le besoin d’incorporer des composants de refroidissement supplémentaires comme les liquides de refroidissement et les radiateurs, réduisant ainsi les pièces et la masse. La technologie compacte optimise la gestion thermique, maintenant le moteur frais et efficace même dans des conditions exigeantes.

« Ce système scellé et auto‑pressurisé utilise les gaz de soufflage issus du processus de combustion, qui sont continuellement recirculés à travers le rotor du moteur et l’intercooler intégré. »

– explique AIE

La technologie de refroidissement exclusive de la société permet un fonctionnement propre sans éjection d’huile, réduisant ainsi son impact environnemental ainsi que les besoins de maintenance.

« Avec la technologie Compact SPARCS, vous obtenez un moteur puissant et efficace qui fonctionne plus frais, plus propre et plus fiable. »

– AIE

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Utilisation de la fabrication additive pour atteindre précision et efficacité

L’innovation et la fabrication avancée sont essentielles pour qu’AIE propose des solutions de propulsion de pointe afin de répondre aux exigences évolutives des industries du monde entier.

Pour son dernier produit, l’entreprise a utilisé la fabrication additive afin de produire les principaux composants du 40ACS. Ce procédé de fabrication avancé, selon AIE, lui a permis d’atteindre une précision exceptionnelle, de réduire le gaspillage de matière et d’améliorer la durabilité.

De plus, les composants du moteur produits par cette méthode ont satisfait les normes les plus élevées de performance et de fiabilité tout en permettant à l’entreprise de disposer d’une conception simple, rationalisée et légère.

La fabrication additive n’est toutefois pas la dernière nouveauté du processus de fabrication d’AIE ; elle constitue depuis longtemps un élément central des produits de la société. Elle s’appuie sur cette méthode pour créer des structures de moteur compactes, complexes et haute performance qui seraient autrement difficiles à fabriquer avec des méthodes traditionnelles.

Également connue sous le nom de fabrication à la demande, technique de fabrication directe, prototypage rapide ou impression tridimensionnelle (3D), la fabrication additive est une technique avancée qui utilise les données d’un modèle 3D pour fabriquer des structures aux géométries complexes en ajoutant des matériaux tels que le métal, les polymères ou les céramiques en couches.

Cette technologie est commercialement disponible depuis quelques décennies, bien qu’elle ait considérablement évolué ces dernières années. Les améliorations du matériel, l’intégration de technologies numériques avancées comme l’analyse de données, le cloud computing, les intégrations logicielles, les outils d’automatisation et l’IoT, ainsi qu’une compatibilité élargie des matériaux, ont permis aux plateformes de fabrication additive de devenir plus sophistiquées et de produire des produits de meilleure qualité.

L’utilisation de cette technologie émergente a permis la production de composants aux géométries que l’on croyait auparavant impossibles à fabriquer avec les techniques héritées. En plus des limitations de conception, la fabrication traditionnelle est lente et coûteuse, alors que la fabrication additive permet des processus rapides, à faible coût et automatisés.

Comparée aux méthodes de fabrication traditionnelles, la fabrication additive offre des avantages distincts.

Tout d’abord, elle donne aux fabricants la capacité de produire davantage de pièces en interne, ce qui protège leurs innovations propriétaires. En revanche, recourir à un tiers rend dépendant des outillages et des dispositifs requis pour les produits finaux, ce qui non seulement implique de perdre le contrôle mais aussi d’allonger les délais et d’augmenter les coûts.

La fabrication additive constitue en réalité une solution économique à la fabrication soustractive traditionnelle. En plus d’aider les fabricants à économiser du capital, l’impression 3D offre une plus grande flexibilité de processus et une liberté de conception.

De plus, les fabricants peuvent gagner du temps car il ne faut qu’une fraction du temps habituel pour passer d’une idée à une pièce physique réelle. Comparé aux mois requis par les processus de fabrication conventionnels, la fabrication additive réalise tout en quelques jours, voire quelques heures, à condition que le matériau et les imprimantes 3D soient disponibles. Disposer de la fabrication additive en interne accélère également considérablement la mise sur le marché grâce au prototypage rapide.

Cette technologie favorise davantage une culture d’innovation en offrant aux ingénieurs la capacité de résoudre rapidement des problèmes complexes et d’automatiser des tâches laborieuses.

Malgré ses nombreux avantages, la fabrication additive présente ses propres problèmes uniques sous forme de coûts de production de masse. Bien que l’impression à faible volume offre des avantages économiques, ce procédé peine à être évolutif, ce qui le rend plus cher à l’unité lorsqu’on produit de grandes quantités.

En matière de coûts, les fabricants doivent également faire face à des problèmes de coût supplémentaire des matériaux, car tous les matériaux ne sont pas utilisables en impression 3D. De plus, les pièces produites peuvent présenter de la fragilité, des contraintes internes ou des problèmes de déformation.

Il existe également des limitations de taille et de vitesse, qui restreignent le débit et, par conséquent, affectent l’adoption de la fabrication additive.

Néanmoins, les bénéfices du design rapide, du prototypage accéléré, de la production à la demande, de la rentabilité et de la créativité accrue offerts par les technologies de fabrication additive sont tout simplement trop importants pour être ignorés, et c’est pourquoi elles constituent une partie essentielle des moteurs rotatifs Wankel d’AIE.

AIE n’est pas le seul à utiliser cette technologie. Rolls Royce adopte la fabrication additive dans ses moteurs d’avion, Pratt & Whitney (filiale de RTX Corporation (RTX )) imprime en 3D des moteurs militaires, et Honeywell (HON ) utilise des moules en céramique imprimés en 3D pour fabriquer des aubes de turbine. Ainsi, les entreprises de tous les secteurs utilisent la fabrication additive.

Cela fait de la fabrication additive un marché de plusieurs milliards de dollars, évalué à 20,37 milliards de dollars en 2023, et qui devrait connaître une croissance à un TCAC de 23,3 % entre 2023 et 2030. En 2021, 2,2 millions d’imprimantes 3D ont été expédiées dans le monde, chiffre qui devrait atteindre 21,5 millions d’unités d’ici la fin de la décennie.

La demande croissante pour les applications de prototypage dans les secteurs de la santé, de l’automobile et de l’aérospatiale & défense, ainsi que la recherche et le développement agressifs en impression 3D, sont les moteurs de cette croissance.

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La polyvalence du 40ACS élargit les cas d’utilisation dans tous les secteurs

En tirant parti de la fabrication additive et de sa technologie de refroidissement brevetée, AIE a pu proposer un moteur rotatif Wankel léger et efficace qui assure un fonctionnement propre, une haute fiabilité, une maintenance réduite et une durée de vie prolongée.

Sa dernière innovation, le moteur rotatif Wankel 40ACS, se distingue notamment par une conception unique et simplifiée avec un minimum de composants, offrant des performances et une fiabilité exceptionnelles, ce qui en fait un choix efficace pour une large gamme d’applications.

Comme l’a indiqué AIE dans son communiqué officiel, le 40ACS est un moteur de pointe qui est adapté à la propulsion UAV. Un véhicule aérien sans pilote (UAV), également appelé drone, est un aéronef sans pilote humain ni passagers, contrôlé à distance par un pilote humain. Les UAV sont largement utilisés dans le secteur militaire ainsi que dans d’autres domaines tels que la photographie aérienne, la surveillance environnementale, la police et les inspections d’infrastructures.

Le moteur rotatif Wankel 40ACS, grâce à son design compact et à son refroidissement à air, offre une solution puissante garantissant des performances fiables dans les applications aériennes exigeantes. Être plus léger que les moteurs traditionnels et offrir un rapport puissance‑poids supérieur permet au dernier produit d’AIE d’allonger considérablement le temps de vol des UAV tout en maintenant de faibles vibrations et une efficacité opérationnelle.

Équipé de sa technologie de refroidissement propriétaire SPARCS, le 40ACS prend également en charge l’utilisation multi‑carburant, le rendant adaptable à diverses missions UAV. Son moteur de 40 cc délivre 5 BHP, ce qui fait du 40ACS une option adaptée aux drones nécessitant une puissance constante élevée avec une maintenance minimale.

En plus d’être très utile pour les RPAS militaires (Systèmes d’aéronefs télépilotés)/UAV grâce à une puissance fiable pour les opérations critiques, le moteur peut être utilisé pour la cartographie topographique précise et dans l’agriculture pour l’agriculture de précision et la surveillance des cultures.

L’architecture simplifiée du produit et son efficacité améliorée peuvent également être d’une grande aide lors d’événements de catastrophe & de secours pour une réponse rapide d’aide humanitaire tout en produisant des images aériennes claires pour les médias et une surveillance de projet efficace ainsi que la cartographie de sites dans le secteur de la construction.

Il peut également être employé en surveillance grâce à des vols d’endurance prolongée pour la sécurité et le suivi, tandis que la collecte fiable de données dans des environnements éloignés peut grandement aider la recherche scientifique.

En ce qui concerne les applications du 40ACS, bien que l’accent d’AIE soit mis sur les systèmes de propulsion UAV et la robotique, sa petite taille, son design à haute densité de puissance et son intégration fluide dans divers systèmes amènent la société à anticiper une utilisation du moteur dans de multiples industries, notamment les automobiles hybrides et les unités d’alimentation auxiliaires. Ainsi, les moteurs pour scooters, les APUs électriques, les unités d’alimentation portables et les prolongateurs d’autonomie pour navires et véhicules figurent parmi les cas d’usage de ce produit.

Advanced Innovative Engineering a indéniablement créé un produit puissant avec un vaste marché adressable. Cependant, il s’agit d’une société privée. Examinons donc quelques entreprises pertinentes qui progressent dans ce domaine.

En ce qui concerne la technologie du moteur rotatif Wankel, la capitalisation boursière de 58,47 milliards de dollars de General Motors (GM ) comporte une histoire d’expérimentation, notamment dans les années 1970. Bien que son attention se soit depuis orientée vers les véhicules électriques, ils continuent d’innover également dans la technologie ICE.

Parallèlement, le constructeur japonais Mazda a présenté son tout premier modèle automobile depuis plus d’une décennie fonctionnant avec un moteur rotatif. Après l’arrêt du RX‑8 en 2012, Mazda a lancé en 2023 le MX‑30 R‑EV, qui intègre un moteur rotatif Wankel ainsi qu’une grande batterie lui permettant d’être également utilisé comme un véhicule purement électrique.

Dans le domaine de la fabrication additive, des acteurs comme 3D Systems Corporation (DDD ) et Stratasys Ltd. (SSYS ) sont des pionniers de cette technologie.

Honeywell International Inc., leader des technologies aérospatiales, utilise quant à elle des composants imprimés en 3D pour les moteurs à turbine. La société développe également des systèmes de propulsion avancés, incluant des moteurs légers et efficaces. Les actions de la société, dont la capitalisation boursière s’élève à 147,52 milliards de dollars (HON:NASDAQ), s’échangent à 226,87 $, en hausse de 8,36 % cette année. Elle affiche un BPA (TTM) de 8,66 et un PER (TTM) de 26,22 tout en versant un rendement de dividende de 1,99 %.

Conclusion

Le dévoilement par Advanced Innovative Engineering (AIE) de son moteur rotatif Wankel 40ACS représente une étape importante dans l’évolution des moteurs à combustion interne, connus pour leur grande accessibilité, leur faible coût et leur haut rapport puissance‑poids, tout en faisant face aux défis de l’efficacité limitée, des émissions et des exigences de maintenance.

Cependant, en intégrant des techniques de fabrication additive de pointe et sa technologie de refroidissement propriétaire SPARCS, AIE a créé un moteur léger, polyvalent et efficace, adapté à diverses applications à forte demande.

Ainsi, à mesure que des industries comme l’aérospatiale, la robotique et les systèmes de puissance hybride continuent d’évoluer, des innovations comme le 40ACS d’AIE permettent à la technologie ICE traditionnelle de rester pertinente dans un avenir technologiquement avancé qui se tourne vers l’électrique. Grâce à son adaptabilité et à ses performances, le moteur rotatif Wankel 40ACS représente une nouvelle référence pour les moteurs compacts et stimule le progrès dans les applications de missions critiques.

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