Uno dei problemi con i motori delle automobili convenzionali è che i pistoni si muovono in linea retta su e giù nei cilindri, per produrre quello che è noto come movimento alternativo.
Dentro un Wankel a doppio rotore
Eppure le ruote stradali richiedono un diverso tipo di movimento:il movimento rotatorio. Per convertire il movimento alternativo in movimento rotatorio, i pistoni sono collegati all'albero a gomiti in modo che, quando i pistoni salgono e scendono, provocano la rotazione dell'albero a gomiti. Il movimento rotatorio dell'albero a gomiti può quindi essere trasmesso alle ruote per azionarle in tondo.
Il motore di un'auto sarebbe molto più semplice se i pistoni potessero ruotare invece di muoversi su e giù perché il movimento rotatorio così prodotto potrebbe quindi essere trasmesso direttamente alle ruote stradali (sebbene gli ingranaggi ne gioverebbero comunque).
Un ulteriore vantaggio di un tale motore rotativo sarebbe che i pistoni si muoverebbero sempre nella stessa direzione:un cerchio. Nessuna potenza del motore verrebbe dispersa fermando i pistoni a fine corsa e riaccelerandoli in senso contrario, come accade nei motori alternati.
Nonostante il fascino dell'idea, solo un tipo di motore rotativo è mai stato utilizzato con successo nelle automobili. Questo è il motore Wankel, sviluppato da FelixWankel.
Iniziò la ricerca sui compressori rotativi nel 1938. Dopo la seconda guerra mondiale si unì alla NSU (una casa automobilistica tedesca che sarebbe poi diventata parte della VW Audi) per trasformare i suoi compressori in un pratico motore a combustione interna.
Nel 1957, Wankel aveva costruito un motore rotativo sperimentale che funzionava su un banco di prova e nel 1964 questo motore fu offerto al pubblico nella NSU WankelSpyder. Questa piccola vettura sportiva con motore posteriore aveva un motore Wankel da 498 cc, ma poteva sviluppare 50 CV e raggiungere una velocità massima di 95 mph (152 km all'ora).
La Spyder non ha mai conquistato il pubblico e l'auto che ha davvero portato la fama del motore Wankel è stata la NSU R080, che è stata acclamata Auto dell'anno nel 1968. Questa ha un motore a doppio rotore di 995c e potrebbe raggiungere i 176 km all'ora ).
Il cuore del motore Wankel è un pistone a tre lati chiamato rotore che gira all'interno dell'alloggiamento del rotore. Su ciascun lato dell'alloggiamento è presente una piastra terminale.
I lati del rotore sono curvi in tre lobi e l'alloggiamento del rotore è sagomato all'incirca in una grossa figura di otto in modo che, mentre il rotore ruota, lo spazio tra ciascun lato del rotore e l'alloggiamento diventi alternativamente più grande e più piccolo. Questo divario in continua evoluzione è la chiave del processo di combustione.
La miscela aria/carburante è programmata per entrare nell'alloggiamento in un punto in cui il volume intrappolato tra la parete dell'alloggiamento e uno dei lobi del rotore sta aumentando. Quando questo volume aumenta, si crea un vuoto, aspirando la miscela carburante/aria attraverso le porte nell'alloggiamento e nella piastra terminale.
Quando il rotore si muove, questo volume inizia a ridursi, comprimendo la miscela aria/carburante. Questa miscela passa quindi sopra la candela, incastonata nella parete dell'alloggiamento. La candela si accende per accendere la miscela, facendola espandere e azionare il rotore intorno al suo ciclo. A questo punto il volume tra il rotore e l'alloggiamento aumenta per consentire questa espansione dei gas. Infine, il volume diminuisce nuovamente, costringendo i gas di scarico ad uscire attraverso le porte di scarico.
Il rotore quindi attraversa lo stesso ciclo a quattro tempi di un motore alternativo - induzione, compressione, potenza e scarico - ma ciascuno dei tre lobi del rotore attraversa questo processo continuamente, quindi ci sono tre colpi di potenza per ogni giro del rotore.
Al centro del rotore scorre un albero di uscita, al quale il rotore è collegato da un sistema di ingranaggi epicicloidali simile a quello di un cambio automatico (vedi Sistemi 44 e 45). L'ingranaggio consente al rotore di seguire un'orbita aneccentrica in modo che le tre punte del rotore tocchino continuamente l'alloggiamento.
Quando il rotore ruota, fa girare questo albero. L'albero porta questo moto rotatorio alla trasmissione e quindi alle ruote stradali.
Compressione 
Accensione 
Scarico 
Il design del motore Wankel significa che non ha valvole:la miscela di carburante/aria entra ed esce semplicemente dalla camera attraverso le porte nell'alloggiamento del rotore e nella piastra terminale. Pertanto non ha bilancieri, albero a camme o aste di spinta.
Ciò significa che il Wankel ha circa la metà del numero di parti del motore alternativo. È anche più leggero e compatto. Tuttavia, ha ancora bisogno di molti degli stessi accessori degli altri motori:motorino di avviamento, generatore, sistema di raffreddamento, carburatore o iniezione di carburante, pompa dell'olio e così via. Una volta che il motore è installato con tutti questi, perde molto del vantaggio della propria compattezza e leggerezza.
Tuttavia, il motore Wankel della Ro80 è stato ampiamente elogiato per il suo funzionamento fluido e la mancanza di vibrazioni. Ciò era in parte dovuto al fatto che il motore aveva due rotori posizionati in linea tra loro ma in alloggiamenti separati. Ciascuno ruotava attorno allo stesso albero di uscita, ma la loro fasatura era impostata a 180° in modo che qualsiasi forza di sbilanciamento prodotta da un rotore fosse annullata dalle stesse forze dell'altro rotore e in modo che insieme producessero un movimento di rotazione più uniforme.
Una volta stabilito il progetto di base del Wankel, i problemi divennero presto evidenti. Uno era l'usura delle foche. I rotori sono sigillati su tutti i lati per garantire che i gas non penetrino oltre le punte dalle parti ad alta compressione dell'alloggiamento alle parti a bassa compressione. Queste guarnizioni erano soggette a usura e rottura, causando la perdita di compressione e quindi potenza del motore.
Su un motore alternativo, questa tenuta è realizzata in parte dalle valvole e in parte dalle fasce elastiche, ma le guarnizioni sul motore Wankel hanno posto particolari problemi.
Le guarnizioni erano meno efficaci ai bassi regimi del motore, dove dovevano essere dotate di molle per mantenerle premute contro il lato dell'alloggiamento.
Ma ad alti regimi del motore una combinazione di forze centrifughe e pressioni del gas elevate forzano le guarnizioni molto più forte contro l'alloggiamento. L'attrito risultante significava una perdita di potenza e una notevole usura delle guarnizioni, che presto si rompevano.
I primi Wankel avevano guarnizioni in carbonio, ma i modelli successivi avevano speciali guarnizioni in ghisa, che si sono rivelate più durevoli. Per fornire una protezione aggiuntiva, l'interno dell'alloggiamento e le piastre terminali sono stati dotati di un rivestimento resistente.
Il secondo problema principale è l'usura della superficie di scorrimento a forma di otto causata dal "sbattimento" delle guarnizioni. Ciò provoca ondulazioni sulla superficie di scorrimento e riduce la durata del motore.
L'altro problema con il motore Wankel è la forma della camera di combustione. In un tipico motore alternativo, la camera è approssimativamente semisferica, il che aiuta a garantire che la miscela carburante/aria bruci in modo uniforme e progressivo. In un motore Wankel, la camera di combustione è inevitabilmente lunga e piatta, una forma che rende molto più difficile la combustione ottimale.
Una soluzione parziale al problema della camera di combustione è stata quella di inserire due candele posizionate a breve distanza l'una dall'altra. Mazda - la cui RX-7 è ora l'unica auto con motore Wankel in vendita oggi nel Regno Unito (vedi sotto) - ha ulteriormente messo in scena questo principio montando due candele, con una candela che si accende una frazione di secondo più tardi dell'altra. Questa disposizione richiede due sistemi di accensione separati con due bobine.
Nonostante la potenza e le prestazioni fluide della Wankel, finora non è riuscita a prendere piede nella stragrande maggioranza delle case automobilistiche.
Il motivo principale è il suo elevato consumo di carburante causato dalla tendenza della miscela carburante/aria a bruciare in modo non uniforme. La combustione irregolare nel motore Wankel crea anche un altro problema:elevati livelli di emissione di idrocarburi parzialmente bruciati (inquinamento dei gas di scarico).
Negli anni da quando l'R080 ha portato alla ribalta i vantaggi teorici del motore Wankel, ci sono state varie crisi petrolifere e continue pressioni da parte dei governi e del pubblico per ridurre i livelli di emissioni di scarico e un migliore consumo di carburante.
Nessuna di queste richieste favorisce il motore Wankel e, inoltre, ha significato che la maggior parte delle case automobilistiche ha dovuto dedicare molto tempo e denaro per migliorare l'efficienza dei motori esistenti.
