Le BMW 801 est un moteur à pistons aéronautique refroidi par air, à en double étoile, fabriqué par BMW et utilisé par de nombreux avions militaires allemands lors de la Seconde Guerre mondiale, mais principalement par le chasseur Focke-Wulf Fw 190 Würger. La puissance maximale de ce moteur s'est échelonnée entre 1600 et 2400 chevaux selon les versions. Il est doté de deux technologies remarquables à l'époque : l'injection directe de carburant dans les cylindres, et un boitier de commande électromécanique qui permet au pilote de contrôler son moteur avec une seule manette. Sa production en masse dans le cadre de l'effort de guerre allemand, organisée autour de l'usine historique de BMW à Munich, fait massivement appel au travail forcé, à la fois de déportés et de prisonniers de guerre.
Historique BMW (Bayerische Motoren Werke en allemand, litt. « Manufacture bavaroise de moteurs ») est constitué par la fusion de deux entreprises mécaniques basées à Munich pendant la première guerre mondiale et produit des moteurs d'avion. Après la guerre, les interdictions frappant l'industrie allemandes dans le domaine aéronautique la conduise à se diversifier (motocyclettes, matériel agricole, matériel ferroviaire...). Elle reprend la production pour l'aéronautique dans les années 1920. Au début des années 1930, BMW acquit, auprès de Pratt & Whitney, une licence de production du moteur Hornet. Il est fabriqué sous le nom de BMW 132, dont certaines versions militaires sont ensuite dotées de l'injection directe.
Parallèlement, l'entreprise concurrente, Siemens-Halske, qui devient Bramo en 1936, basée à Berlin-Spandau, développe aussi des moteurs en étoile, à partir de la licence du Bristol Jupiter. Elle produit, le Siemens-Halske Sh 22 à partir de 1930, puis, à partir de 1936, le Bramo 323 ou Fafnir, un moteur comparable au BMW 132.
En 1935, le RLM fait établir deux projets de nouveaux moteurs en étoile beaucoup plus puissants, un par Bramo, le Bramo 329 et l'autre par BMW, le BMW 139. Les deux entreprises commencent alors à travailler chacune sur un moteur à 14 cylindres, en double étoile, dérivés de leur 9 cylindres existant : respectivement le BMW 139 et le Bramo 329. Ce dernier fourni 2000 chevaux au banc d'essai dès 1938. Cette même année, sur ordre du RLM, Bramo est absorbé par BMW, qui récupère ainsi une excellente équipe d'ingénieurs.
Ces gros moteurs en étoile sont à l'origine destinés à des avions lourds: les bombardiers et avions de transport notamment. Mais Kurt Tank décide au cours de l'année 1937 d'utiliser un moteur de ce type pour son futur chasseur, le Focke-Wulf Fw 190, rompant avec la vision prédominante en Europe, qui voulait que les moteurs en V refroidi par eau soient incontournables pour les chasseurs à haute performances. Il se rapproche ainsi des choix techniques des Américains et des Japonais qui, eux, utilisent des moteurs en étoile sur leurs meilleurs chasseurs. Il espère, grâce à un travail poussé sur le capotage et le refroidissement du moteur, limiter l'inconvénient traditionnel des moteurs en étoile par rapport aux moteurs en ligne, à savoir leur plus grande section frontale (et donc la trainée qui en résulte). Pour ce faire, il place un ventilateur entraîné par le moteur, derrière une gigantesque casserole d'hélice, permettant ainsi de forcer le flux d'air à passer à travers le moteur pour le refroidir, une partie étant détournée par des prises d'air en forme de S pour alimenter le radiateur d'huile. Le prototype du Fw 190 fait son premier vol le premier , équipé d'un moteur BMW 139.
Cependant, les essais en vol montrent rapidement des problèmes considérables avec le moteur BMW 139, principalement en matière de refroidissement. Cela amène BMW a commencer en urgence l'étude d'un moteur plus évolué, bien que similaire dans sa configuration et ses dimensions générales au 139 : le BMW 801, dont le développement commence en octobre 1938 Le changement de séquence de désignation est liée à la fusion : le RLM considère que la fusion BMW-Bramo a créé une nouvelle entité, qui se voit attribuer les numéros commençant par 8 pour désigner ses moteurs (de même que les moteurs Jumo sont désignés 2xx, les Daimler 6xx, et ainsi de suite).
Caractéristiques Particularités vignette|droite|250px|Vue arrière, montrant le système de commande automatique Le BMW 801 est un moteur refroidi par air, en double étoile de quatorze cylindres. Les cylindres conservent les deux soupapes, une d’admission et une d’échappement, actionnées par des culbuteurs et des tiges, avec rappel assuré par trois ressorts. Certaines de ses caractéristiques sont cependant très modernes, par exemple l'emploi de soupapes refroidies au sodium, et d'un système d'injection plutôt qu'un carburateur. Une autre prouesse technologique est son système de gestion automatique, appelé kommandogeraet (dispositif de commande), un véritable ordinateur électromécanique qui gère de façon automatisée tous les paramètres du moteur en fonction de l'altitude : le débit de carburant, le pas d'hélice, la vitesse du compresseur, l'avance à l'allumage et la richesse du mélange.
Le moteur se caractérise par un carter exceptionnellement serré, ce qui se traduisait par une traînée nettement inférieure à celle d'un moteur radial classique de l'époque. Ce modèle est également testé en soufflerie pour un développement ultérieur. Les ingénieurs BMW purent ainsi réduire la traînée à un niveau équivalent à une augmentation de la puissance du moteur de 150 à 200 chevaux.
Distribution thumb|left|Mécanisme de contrôle des soupapes sur un moteur radial (ici, avec cinq cylindres). En matière de distribution, BMW est resté relativement classique dans ces choix techniques : il n'y a que deux soupapes, l'une d'admission et l'autre d'échappement, pour chaque cylindre du BMW 801. Comme sur la plupart des les moteurs radiaux , les soupapes sont contrôlées par des culbuteurs, elles-mêmes actionnées par une came annulaire (pour chaque rangée de cylindres), qui tourne à la moitié de la vitesse du vilebrequin, et joue le même rôle que l'arbre à cames d'un moteur en ligne. Une particularité est que le temps d'ouverture des soupapes se chevauche légèrement : lorsque le piston passe au point mort haut, la soupape d'échappement n'est pas encore totalement fermée, et la soupape d'admission est déjà partiellement ouverte. Comme l'avait prouvé Harry Ricardo vers 1935, cela permet d'améliorer le renouvèlement de l'air et de limiter l'échauffement du moteur. Ce n'est cependant possible que sur un moteur à injection : avec un carburateur, le chevauchement de l'ouverture des soupapes créeraient un important gaspillage de carburant, puisque celui-ci est déjà mélangé à l'air qui entre dans le cylindre. Ici, seul de l'air est admis.
La soupape d'échappement bénéficie d'un refroidissement au sodium. Il s'agit d'une technologie cruciale, développée dans les années 1930, et qui s'est rapidement généralisée dans les moteurs d'avions à hautes performances. La soupape, fournie par la société , est creuse, et partiellement remplie de sodium. Ce métal fond facilement, une fois passé à l'état liquide, il se déplace le long de la soupape lors des mouvements de celle-ci, ce qui assure un transport de la chaleur sur la longueur de la soupape. Cela limite l'échauffement de la tête de la soupape d'échappement, qui, sans cela, devient facilement un foyer d'auto-allumage.
Injection
Le BMW 801, comme les autres moteurs allemands de grande puissance (Daimler et Jumo), est pourvu d'un système d'injection directe. Cette technologie, étudiée au début des années 1930, a été délaissée au Royaume-Uni, mais développée en Allemagne. Elle remplace le traditionnel carburateur par l'injection de carburant sous pression, directement dans les cylindres. L'injection possède des avantages décisifs sur le carburateur à alimentation par gravité utilisé sur les moteurs britanniques (les américains ayant penché pour le carburateur pressurisé Bendix Stromberg, qui peut être vu comme une solution intermédiaire). Le moteur à injection peut fonctionner en g négatif sans limite de durée, permet de mettre en œuvre le chevauchement des ouvertures de soupapes, et offre un contrôle plus précis de la quantité de carburant envoyé à chaque cylindre.
Suralimentation En dehors des quelques versions dédiées aux appareils de haute altitude, le BMW 801 possède une suralimentation relativement basique, que Calum Douglas considère comme l'aspect le moins évolué du moteur. Il s'agit d'un compresseur mécanique, à un seul étage et deux vitesses, dont la conception peut être considérée comme obsolète au début de la guerre. Contrairement au compresseur des V12 de Daimler, reliés au vilebrequin par un accouplement hydraulique, le compresseur du BMW 801 est activé mécaniquement, par un train épicycloïdal. Celui-ci a deux rapports, permettant de faire tourner le compresseur à ou fois la vitesse du vilebrequin (donc, si le moteur tourne à 2500 tours par minutes, respectivement 12675 ou 18650).
Le (appareil de commande) représente une innovation majeure du BMW 801. Sur la plupart des chasseurs de la seconde guerre mondiale, le pilote contrôle le moteur et l'hélice par le biais de trois leviers, qui contrôlent respectivement l'ouverture du papillon de gaz, la richesse du mélange, et l'inclinaison des pales de l'hélice. Il doit jouer séquentiellement sur ces trois commandes lorsqu'il augmente ou réduit le régime moteur. Le est un calculateur mécanique dédié, intégré au moteur, qui permet de la contrôler avec un seul levier. En fonction de la position du levier et de données mesurées sur le moteur, le calcule lui-même les trois paramètres cités, et il peut également jouer sur la synchronisation de l'allumage (légèrement avant ou après le point mort haut des cylindres). En évitant au pilote de gérer trois commandes séparées, ce calculateur lui permet de se concentrer pleinement sur le combat, c'est un atout majeur du Fw 190 face au chasseurs alliés. Il constitue un ancêtre des FADEC modernes.
Allumage L'allumage est assuré par deux magnétos Bosch ZM 14 et, pour chaque cylindre, deux bougies à deux électrodes de diamètre , du modèle Bosch DW 240 ET 7 ou Siemens 35 FU 14. Le fait d'avoir deux systèmes d'allumage redondants améliore la fiabilité.
Soufflante de refroidissement Une caractéristique inhabituelle du BMW 801 est la présence, entre le moteur et l'hélice, d'une soufflante qui sert à augmenter le débit d'air sur le carter et les cylindres, pour favoriser le refroidissement. Construite en alliage de magnésium, elle a un diamètre de et comprend, sur les versions les plus produites, 12 pales (14 sur le 801TS). La soufflante tourne à environ 4650 tours/minutes, soit 1,72 fois la vitesse du vilebrequin et 3 fois la vitesse de l'hélice. La soufflante de refroidissement joue surtout un rôle important au décollage et lors du roulage, en vol, le flux d'air est assuré par la vitesse de l'avion lui-même. La présence de cette soufflante a permis, sur le Fw 190, de concevoir un capot assez resserré autour du moteur sans risque de surchauffe du moteur, réduisant la trainée aérodynamique qui est le handicap traditionnel des chasseurs à moteur radial, ces moteurs ayant une plus grande section frontale que les moteurs en V.
Montages et désignations vignette|droite|250px|Vue latérale, avec la fixation du moteur sur la cellule Les moteurs étaient généralement livrés prêts à monter dans leurs capots, prêt à être boulonnés sur les avions, selon un ensemble désigné Motoranlage, puis à partir de 1944, Triebwerksanlage. Le changement de dénomination correspond en fait à l'inclusion d'accessoires auparavant fournis à part comme les pipes d'échappement.