Een van de problemen met conventionele ontwerpen van automotoren is dat de zuigers in een rechte lijn op en neer bewegen in hun cilinders, om een zogenaamde heen en weer gaande beweging te produceren.
In een wankel met dubbele rotor
Maar de wegwielen vereisen een ander soort beweging - roterende beweging. Om een heen en weer gaande beweging om te zetten in een roterende beweging, zijn de zuigers verbonden met de krukas, zodat, wanneer de zuigers op en neer gaan, de krukas gaat draaien. De roterende beweging van de krukas kan dan worden overgebracht op de wielen om ze rond te drijven.
Een automotor zou een stuk eenvoudiger zijn als de zuigers konden draaien in plaats van op en neer te bewegen, omdat de aldus geproduceerde roterende beweging dan rechtstreeks op de wegwielen zou kunnen worden overgedragen (hoewel de tandwieloverbrenging nog steeds nodig zou zijn).
Een ander voordeel van zo'n rotatiemotor zou zijn dat de zuigers altijd in dezelfde richting bewegen - een cirkel. Er zou geen kracht van de motor worden verspild door de zuigers aan het einde van hun slag te stoppen en ze weer in de tegenovergestelde richting te versnellen, zoals gebeurt bij een zuigermotor.
Ondanks de aantrekkingskracht van het idee, is er maar één type rotatiemotor ooit met succes in auto's gebruikt. Dit is de wankelmotor, ontwikkeld door FelixWankel.
Hij begon in 1938 onderzoek te doen naar roterende compressoren. Na de Tweede Wereldoorlog werkte hij samen met NSU (een Duitse autofabrikant die later onderdeel zou worden van VW Audi) om van zijn compressoren een bruikbare verbrandingsmotor te maken.
In 1957 had Wankel een experimentele rotatiemotor gebouwd die op een testbank draaide, en in 1964 werd deze motor aan het publiek aangeboden in de NSU WankelSpyder. Deze kleine sportwagen met motor achterin had een 498cc wankelmotor, maar hij kon 50 pk ontwikkelen en had een topsnelheid van 152 km per uur.
De Spyder sloeg nooit echt aan bij het publiek, en de auto die de wankelmotor beroemd maakte, was de NSU R080, die in 1968 werd uitgeroepen tot Auto van het Jaar. Deze heeft een motor met twee rotors van 995c en kon een snelheid van 176 km per uur halen. ).
Het hart van de wankelmotor is een driezijdige zuiger, de rotor genaamd, die in het rotorhuis draait. Aan elke kant van de behuizing zit een eindplaat.
De zijkanten van de rotor zijn gebogen in drie lobben en het rotorhuis is ruwweg gevormd tot een dik cijfer van acht, zodat, terwijl de rotor draait, de opening tussen elke zijde van de rotor en het huis afwisselend groter en kleiner wordt. Deze voortdurend veranderende kloof is de sleutel tot het verbrandingsproces.
Het brandstof/luchtmengsel wordt getimed om het huis binnen te gaan op een punt waar het opgesloten volume tussen de huiswand en een van de lobben van de rotor toeneemt. Naarmate dit volume toeneemt, ontstaat er een vacuüm, waarbij het brandstof/luchtmengsel wordt aangezogen via poorten in de behuizing en de eindplaat.
Naarmate de rotor ronddraait, begint dit volume te krimpen, waardoor het brandstof-luchtmengsel wordt samengedrukt. Dit mengsel gaat dan over de bougie, die in de wand van de behuizing wordt geplaatst. De bougie ontsteekt om het mengsel te ontsteken, waardoor het uitzet en de rotor rond zijn cyclus voortdrijft. Op dit punt neemt het volume tussen de rotor en de behuizing toe om deze uitzetting van de gassen mogelijk te maken. Ten slotte neemt het volume weer af, waardoor de rookgassen via de uitlaatpoorten naar buiten worden gedwongen.
De rotor doorloopt dus dezelfde viertaktcyclus als een zuigermotor - inductie, compressie, kracht en uitlaat - maar elk van de drie lobben van de rotor doorloopt dit proces continu, dus er zijn drie krachtslagen voor elke omwenteling van de rotor.
Door het midden van de rotor loopt een uitgaande as, waaraan de rotor is gekoppeld door een systeem van planetaire tandwielen vergelijkbaar met dat in een automatische versnellingsbak (zie Systemen 44 en 45). Door de tandwieloverbrenging kan de rotor een excentrische baan volgen, zodat de drie rotorpunten continu de behuizing raken.
Terwijl de rotor draait, drijft deze deze as rond. De as draagt deze draaibeweging naar de transmissie en dus naar de wielen.
Compressie 
Ontsteking 
Uitlaat 
Het ontwerp van de wankelmotor betekent dat deze geen kleppen heeft - het brandstof-/luchtmengsel gaat eenvoudig de kamer in en uit via poorten in het rotorhuis en de eindplaat. Daarom heeft hij ook geen tuimelaars, nokkenas of stoterstangen.
Dit betekent dat de Wankel ongeveer de helft van het aantal onderdelen van een heen en weer bewegende motor heeft. Hij is ook lichter en compacter. Het heeft echter nog steeds veel van dezelfde hulpstukken nodig als andere motoren - starter, generator, koelsysteem, carburateur of brandstofinjectie, oliepomp enzovoort. Als de motor eenmaal met al deze onderdelen is geïnstalleerd, verliest hij veel van het voordeel van zijn eigen compactheid en lichter gewicht.
Desalniettemin werd de wankelmotor in de Ro80 alom geprezen om zijn soepele loop en gebrek aan trillingen. Dit was deels te wijten aan het feit dat de motor twee rotoren had die in lijn met elkaar waren geplaatst, maar in afzonderlijke behuizingen. Ze draaiden allemaal om dezelfde uitgaande as, maar hun timing was 180° uitgesteld, zodat elke onevenwichtige kracht die door de ene rotor wordt geproduceerd, zou worden opgeheven door dezelfde krachten van de andere rotor, en zodat ze samen een gelijkmatiger draaiende beweging zouden produceren.
Toen het basisontwerp van de Wankel eenmaal was vastgesteld, werden al snel problemen duidelijk. Een daarvan was afdichtingsslijtage. De rotoren zijn aan alle kanten afgedicht om ervoor te zorgen dat gassen niet langs de punten van de hoge compressiedelen van de behuizing naar de lage compressiedelen sijpelen. Deze afdichtingen waren gevoelig voor slijtage en defecten, waardoor de motor compressie en dus vermogen verloor.
Bij een zuigermotor gebeurt deze afdichting deels door de kleppen en deels door de zuigerveren, maar de afdichtingen op de wankelmotor leverden bijzondere problemen op.
De afdichtingen waren het minst effectief bij lage motortoerentallen, waar ze moeten worden voorzien van veren om ze tegen de zijkant van de behuizing te drukken.
Maar bij hoge motortoerentallen drukt een combinatie van centrifugaalkrachten en hoge gasdrukken de afdichtingen veel harder tegen de behuizing. De resulterende wrijving betekende vermogensverlies en aanzienlijke slijtage van de afdichtingen, die al snel kapot gingen.
Vroege Wankels hadden afdichtingen van koolstof, maar latere ontwerpen hadden speciale gietijzeren afdichtingen, die duurzamer bleken. Om extra bescherming te bieden kregen de binnenkant van de behuizing en de eindplaten een slijtvaste coating.
Het tweede grote probleem is de slijtage van het achtvormige loopvlak door 'klapperen' van de afdichtingen. Dit resulteert in golvingen op het loopvlak en verkort de levensduur van de motor.
Het andere probleem met de wankelmotor is de vorm van de verbrandingskamer. In een typische zuigermotor is de kamer ruwweg halfbolvormig, wat ervoor zorgt dat het brandstof/luchtmengsel gelijkmatig en geleidelijk brandt. Bij een wankelmotor is de verbrandingskamer onvermijdelijk lang en plat, een vorm die een optimale verbranding veel moeilijker maakt.
Een gedeeltelijke oplossing voor het verbrandingskamerprobleem was om twee bougies op korte afstand van elkaar te monteren. Mazda - wiens RX-7 nu de enige auto met wankelmotor is die vandaag in het VK te koop is (zie hieronder) - ging verder met dit principe door twee bougies te monteren, waarbij de ene bougie een fractie van een seconde later afvuurde dan de andere. Deze opstelling vereist twee afzonderlijke ontstekingssystemen met twee spoelen.
Ondanks de kracht en soepele prestaties van de Wankel is hij tot nu toe niet aangeslagen bij de overgrote meerderheid van autofabrikanten.
De belangrijkste reden is het hoge brandstofverbruik, veroorzaakt door de neiging van het brandstof/luchtmengsel om ongelijkmatig te verbranden. Ongelijkmatige verbranding in de wankelmotor creëert ook een ander probleem:hoge emissieniveaus van gedeeltelijk verbrande koolwaterstoffen (uitlaatvervuiling).
In de jaren sinds de R080 de theoretische voordelen van de wankelmotor op de voorgrond bracht, zijn er verschillende oliecrises geweest en zijn er door de overheid en het publiek voortdurend onder druk gezeten voor lagere uitlaatemissieniveaus en een beter brandstofverbruik.
Geen van beide eisen is gunstig voor de wankelmotor en bovendien heeft het ertoe geleid dat de meeste autofabrikanten veel tijd en geld hebben moeten besteden aan het verbeteren van de efficiëntie van hun bestaande motoren.
