L'un des problèmes avec les conceptions de moteurs de voiture conventionnels est que les pistons se déplacent en ligne droite de haut en bas dans leurs cylindres, pour produire ce que l'on appelle un mouvement alternatif.
À l'intérieur d'un Wankel à double rotor
Pourtant, les roues de la route nécessitent un autre type de mouvement - un mouvement rotatif. Pour convertir un mouvement alternatif en mouvement rotatif, les pistons sont liés au vilebrequin de sorte que, lorsque les pistons montent et descendent, ils font tourner le vilebrequin. Le mouvement de rotation du vilebrequin peut alors être transmis aux galets pour les faire tourner.
Un moteur de voiture serait beaucoup plus simple si les pistons pouvaient tourner au lieu de monter et descendre car le mouvement de rotation ainsi produit pourrait alors être transmis directement aux roues de la route (bien qu'un engrenage soit toujours nécessaire).
Un autre avantage d'un tel moteur rotatif serait que les pistons se déplaceraient toujours dans la même direction - un cercle. Aucune puissance du moteur ne serait gaspillée en arrêtant les pistons à la fin de leur course et en les accélérant à nouveau dans la direction opposée, comme cela se produit dans un moteur alternatif.
Malgré l'attrait de l'idée, un seul type de moteur rotatif a été utilisé avec succès dans les voitures. Il s'agit du moteur Wankel, développé par FelixWankel.
Il a commencé ses recherches sur les compresseurs rotatifs en 1938. Après la Seconde Guerre mondiale, il s'est associé à NSU (un constructeur automobile allemand qui fera plus tard partie de VW Audi) pour transformer ses compresseurs en un moteur à combustion interne pratique.
En 1957, Wankel avait construit un moteur rotatif expérimental qui fonctionnait sur un banc d'essai, et en 1964, ce moteur a été offert au public dans le NSU WankelSpyder. Cette petite voiture de sport à moteur arrière avait un moteur Wankel de 498 cm3, mais elle pouvait développer 50 ch et avait une vitesse de pointe de 95 mph (152 km par heure).
Le Spyder n'a jamais vraiment séduit le public, et la voiture qui a vraiment fait la renommée du moteur Wankel était la NSU R080, qui a été acclamée Voiture de l'année en 1968. Elle a un moteur bi-rotor de 995 c et peut atteindre 110 mph (176 km par heure ).
Le cœur du moteur Wankel est un piston à trois côtés appelé rotor qui tourne à l'intérieur du carter du rotor. De chaque côté du boîtier se trouve une plaque d'extrémité.
Les côtés du rotor sont incurvés en trois lobes et le boîtier du rotor est grossièrement formé en un gros chiffre de huit de sorte que, lorsque le rotor tourne, l'écart entre chaque côté du rotor et le boîtier devient alternativement plus grand et plus petit. Cet écart en constante évolution est la clé du processus de combustion.
Le mélange air/carburant est temporisé pour pénétrer dans le carter à un moment où le volume emprisonné entre la paroi du carter et l'un des lobes du rotor augmente. Lorsque ce volume augmente, il crée un vide, aspirant le mélange carburant/air à travers les orifices du boîtier et de la plaque d'extrémité.
Au fur et à mesure que le rotor tourne, ce volume commence à se contracter, comprimant le mélange air/carburant. Ce mélange passe ensuite sur la bougie d'allumage, insérée dans la paroi du boîtier. La bougie d'allumage se déclenche pour enflammer le mélange, le faisant se dilater et entraîner le rotor autour de son cycle. À ce stade, le volume entre le rotor et le boîtier augmente pour permettre cette expansion des gaz. Enfin, le volume diminue à nouveau, forçant les gaz d'échappement à sortir par les orifices d'échappement.
Le rotor passe donc par le même cycle à quatre temps qu'un moteur alternatif - induction, compression, puissance et échappement - mais chacun des trois lobes du rotor passe par ce processus en continu, il y a donc trois temps de puissance pour chaque révolution du rotor.
Parcourant le centre du rotor se trouve un arbre de sortie, auquel le rotor est relié par un système d'engrenages planétaires similaire à celui d'une boîte de vitesses automatique (voir systèmes 44 et 45). L'engrenage permet au rotor de suivre une orbite excentrique de sorte que les trois pointes du rotor touchent continuellement le boîtier.
Lorsque le rotor tourne, il entraîne cet arbre. L'arbre transmet ce mouvement de rotation à la transmission et donc aux roues.
Compression 
Allumage 
Échappement 
La conception du moteur Wankel signifie qu'il n'a pas de soupapes - le mélange carburant/air entre et sort simplement de la chambre par des orifices dans le carter du rotor et la plaque d'extrémité. Par conséquent, il n'a pas non plus de culbuteurs, d'arbre à cames ou de poussoirs.
Cela signifie que le Wankel a environ la moitié du nombre de pièces d'un moteur alternatif. Il est également plus léger et plus compact. Cependant, il a encore besoin des mêmes accessoires que les autres moteurs - démarreur, générateur, système de refroidissement, carburateur ou injection de carburant, pompe à huile, etc. Une fois que le moteur est installé avec tout cela, il perd une grande partie de l'avantage de sa propre compacité et de son poids plus léger.
Néanmoins, le moteur Wankel du Ro80 a été largement salué pour son fonctionnement fluide et son absence de vibrations. Cela était en partie dû au fait que le moteur avait deux rotors alignés l'un avec l'autre mais dans des carters séparés. Chacun tournait autour du même arbre de sortie, mais leur calage était réglé à 180° afin que toute force de déséquilibre produite par un rotor soit annulée par les mêmes forces de l'autre rotor, et de sorte qu'ils produisaient ensemble un mouvement de rotation plus régulier.
Une fois la conception de base du Wankel établie, des problèmes sont rapidement apparus. L'un était l'usure des joints. Les rotors sont scellés de tous les côtés pour garantir que les gaz ne s'infiltrent pas au-delà des pointes des parties à haute compression du boîtier vers les parties à faible compression. Ces joints étaient sujets à l'usure et à la panne, entraînant une perte de compression et donc de puissance du moteur.
Sur un moteur alternatif, cette étanchéité est réalisée en partie par les soupapes et en partie par les segments de piston, mais les joints sur le moteur Wankel posaient des problèmes particuliers.
Les joints étaient moins efficaces à bas régime, où ils devaient être équipés de ressorts pour les maintenir appuyés contre le côté du carter.
Mais à des régimes moteur élevés, une combinaison de forces centrifuges et de pressions de gaz élevées force les joints beaucoup plus fort contre le boîtier. Les frottements qui en résultent entraînent une perte de puissance et une usure considérable des joints qui se cassent rapidement.
Les premiers Wankels avaient des joints en carbone, mais les conceptions ultérieures avaient des joints spéciaux en fonte, qui se sont avérés plus durables. Pour fournir une protection supplémentaire, l'intérieur du boîtier et les plaques d'extrémité ont reçu un revêtement résistant à l'usure.
Le deuxième problème majeur est l'usure de la surface de roulement en forme de huit causée par le « claquement » des joints. Cela entraîne des ondulations sur la surface de roulement et raccourcit la durée de vie du moteur.
L'autre problème du moteur Wankel est la forme de la chambre de combustion. Dans un moteur à pistons typique, la chambre est à peu près hémisphérique, ce qui contribue à garantir que le mélange carburant/air brûle uniformément et progressivement. Dans un moteur Wankel, la chambre de combustion est forcément longue et plate, une forme qui rend une combustion optimale beaucoup plus difficile.
Une solution partielle au problème de la chambre de combustion consistait à installer deux bougies d'allumage positionnées à une courte distance l'une de l'autre. Mazda - dont la RX-7 est désormais la seule voiture à moteur Wankel en vente au Royaume-Uni aujourd'hui (voir ci-dessous) - a poussé ce principe plus loin en installant deux bougies, une bougie se déclenchant une fraction de seconde plus tard que l'autre. Cette disposition nécessite deux systèmes d'allumage séparés avec deux bobines.
Malgré la puissance et les performances fluides du Wankel, il n'a jusqu'à présent pas réussi à se faire une place parmi la grande majorité des constructeurs automobiles.
La raison principale est sa consommation de carburant élevée causée par la tendance du mélange carburant/air à brûler de manière inégale. Une combustion inégale dans le moteur Wankel crée également un autre problème :des niveaux d'émission élevés d'hydrocarbures partiellement brûlés (pollution des gaz d'échappement).
Dans les années qui se sont écoulées depuis que le R080 a mis en évidence les avantages théoriques du moteur Wankel, il y a eu diverses crises pétrolières et des pressions continues de la part des gouvernements et du public pour des niveaux d'émissions de gaz d'échappement plus faibles et une meilleure consommation de carburant.
Aucune de ces exigences ne favorise le moteur Wankel et, de plus, cela signifie que la plupart des constructeurs automobiles ont dû consacrer beaucoup de temps et d'argent à l'amélioration de l'efficacité de leurs moteurs existants.
