frame|redresse|Animation du fonctionnement quatre temps du moteur Wankel.
Le moteur Wankel () est un moteur à piston rotatif fonctionnant selon le cycle de Beau de Rochas, dans lequel un piston « triangulaire » convertit l'énergie issue de la combustion du carburant en une énergie mécanique de rotation transmise à l'arbre moteur via un maneton. Le moteur Wankel est couramment et improprement désigné comme « moteur rotatif ». Le terme « moteur à piston rotatif » est plus approprié car, historiquement, les « moteurs rotatifs » sont des moteurs à bloc culasse tournante, fréquents au début de l'aviation..
Contrairement au moteur à piston, au mouvement linéaire dans un cylindre, le moteur Wankel n'utilise pas de système bielle-manivelle. Il n'engendre aucun mouvement alternatif, ce qui réduit les transformations de mouvement, les frottements, les vibrations et le bruit. L'ensemble comporte également un nombre de pièces réduit. Ces avantages en font une solution technique séduisante ; il trouve une large gamme d'applications dans tous les domaines des transports (automobiles, motos, aéronefs). Son utilisation dans des véhicules de série reste néanmoins minoritaire, principalement en raison de sa consommation importante et de problèmes d'étanchéité inhérents à la géométrie complexe du stator.
Le principe du moteur Wankel repose sur celui de la pompe à palettes, qui remonte à la deuxième moitié du . Mais c'est seulement dans les années 1950 que le moteur est développé, sous sa forme actuelle, par celui qui lui a laissé son nom, l'ingénieur allemand Felix Wankel de NSU, qui sera le premier constructeur à l'utiliser sur des motos, avant de céder la licence à d'autres constructeurs, notamment Mercedes-Benz, Citroën et Mazda. NSU s'associe avec Citroën en 1967 pour créer la société Comotor qui produira les moteurs de la , de la Citroën GS Birotor, ainsi que des moteurs prototypes, notamment celui qui équipait l'hélicoptère Citroën ou encore des prototypes de la CX. En 2010, dans le secteur automobile, le constructeur Mazda intègre encore ce moteur à ses véhicules et il est envisagé comme moteur complémentaire dans des motorisations hybrides.
Historique Machines à piston rotatif thumb|upright|Photographie d'une pompe à palettes, dont le fonctionnement à rebours, comme moteur à fluide, est proche du moteur Wankel.
Le principe du moteur Wankel remonte à celui des machines à piston rotatif et plus particulièrement à celui de la pompe à palettes, développée par Agostino Ramelli durant la deuxième moitié du et encore couramment employée de nos jours.. Il s'agit d'une pompe rotative dont le rotor est muni de plusieurs palettes coulissant radialement et assurant le transfert du fluide pompé.. Le comte de Pappenheim possédait dans ses jardins une fontaine équipée d'une pompe à engrenages pour recycler l'eau, signalée en 1636., dont l'invention est attribuée à J. Kepler. (1604). La pompe à engrenage sert aujourd'hui régulièrement de pompe à huile dans la plupart des moteurs automobiles..
En 1901, l'américain Cooley dépose un brevet pour une machine à piston rotatif décrivant une épicycloïde intérieure. La particularité de cette machine à vapeur est d'utiliser un engrenage à denture pour mettre en rotation le piston.
En 1908, l'anglais Umpleby reprend le système développé par Cooley et l'adapte afin d'obtenir une machine à combustion interne. Néanmoins, Umpleby ne parvient pas à résoudre l'ensemble des problèmes liés à l'étanchéité et à la cinématique du piston.
Les Suédois Wallinder et Skoog sont les premiers à déposer le brevet d'un moteur à combustion interne fondé sur le principe d'un piston rotatif avec engrènement à denture, dont le piston en étoile à cinq branches suit une courbe hypocycloïde. Ce moteur, dont le rapport de rotation est de 5/6, est adapté aux combustions deux ou quatre temps. Un moteur similaire sera mis au point dans les années 1930 par le Français Dimitri Sensaud de Lavaud, financé par les constructeurs automobiles Citroën et Renault ainsi que le ministère de l'Air : il utilise un triangle de Reuleaux comme piston, à l'image du moteur Wankel actuel. La puissance est transmise par l’intermédiaire d’un rotor extérieur. Néanmoins, ce moteur n'atteindra jamais une puissance suffisante en raison de divers problèmes d'étanchéité, de lubrification et de refroidissement, si bien que les travaux seront stoppés au bout de trois ans.
Travaux de Felix Wankel Felix Wankel, touche-à-tout allemand passionné par la conception mécanique et le fonctionnement des machines., installe en 1924 son propre atelier à Heidelberg où il dessine les premières ébauches d'un moteur à piston rotatif. Il s'attelle tout particulièrement à résoudre les problèmes d'étanchéité, subventionné massivement par le ministère de l'Air et de la Kriegsmarine sous le Troisième Reich.. Fort de « son expérience d'usineur, de son souci de la précision et ses nombreuses recherches dans le domaine de la segmentation et des joints », Wankel est capable de présenter une technologie déjà poussée.. Or, étant donné que le bilan de la Seconde Guerre mondiale est désastreux pour l'appareil industriel allemand, les investisseurs sont désireux de mettre au point une nouvelle motorisation efficace et peu onéreuse.
C'est en 1951 que Wankel établit ses premiers contacts avec différentes entreprises et notamment NSU avec qui il signe, le , un contrat d'association portant sur le moteur à piston rotatif. Cependant, ce n'est pas en tant que moteur que NSU exploite la machine de Felix Wankel : en effet, NSU l'installe sur certaines de ses motos en tant que compresseur afin d'augmenter le taux de compression, donc la puissance, de leur moteur thermique classique. Le « compresseur Wankel » est très prometteur puisque les motos NSU établiront un nouveau record de vitesse aux États-Unis, à .
Ce n'est qu'en 1959 que NSU annonce officiellement « la réussite du moteur à piston rotatif » () et la commercialisation prochaine d'une automobile motorisée par un moteur à piston rotatif.
Conception thumb|left|La NSU Spider, première automobile équipée d'un moteur Wankel.
NSU, en coopération avec Felix Wankel et d'autres partenaires commerciaux, entame de 1954 à 1957 la conception d'un prototype automobile expérimental mû par un moteur Wankel. Le , le prototype dénommé est testé sur "banc moteur" et affiche des performances prometteuses. Le moteur, d'une capacité de dont le diamètre est limité à , parvient à développer à . Seuls quatre DKM 54 sont alors construits..
Selon NSU, la version DKM du moteur Wankel, qui transmet la puissance par l’intermédiaire d’un rotor extérieur, ne peut supporter une production en série en raison de sa mise en œuvre complexe. Dès 1957, NSU abandonne le principe de rotor extérieur au profit d'un train planétaire (KKM) où le rotor extérieur est désormais stationnaire, tandis que le piston tourne sur un arbre excentré. L'inconvénient de ce nouveau système est qu'il ne permet plus d'atteindre des régimes moteur élevés..
En 1960, NSU réalise un prototype expérimental KKM 250 qu'elle installe sur une Prinz modifiée pour des essais routiers. Le prototype d'une capacité de développe une puissance de à , performances bien inférieures au précédent prototype. En 1963, NSU décide tout de même de commercialiser un modèle équipé d'un KKM 500 de . La NSU Spider devient ainsi la première automobile commercialisée avec un moteur Wankel, placé en porte-à-faux arrière et alimenté par un carburateur Solex. La Spider développe à et peut atteindre les .
Développement Malheureusement, la consommation excessive et la fiabilité limitée de la Spider, due au principe même du moteur Wankel, auront raison d'elle : la production sera arrêtée en après vendus.. Malgré une production bien inférieure aux prévisions, Tsuneji Matsuda, président du groupe Toyo Kogyo (aujourd'hui Mazda), est très tôt intéressé par cette nouvelle motorisation et entame personnellement des négociations avec NSU. Elles aboutiront en à un contrat de coopération avec l'approbation du gouvernement japonais..
vignette|La Mazda Cosmo Sport 110S est la deuxième automobile de série équipée d'un moteur à piston rotatif.
Rapidement, Mazda fait face, comme NSU, à des problèmes de fiabilité en raison de phénomènes de vibrations frictionnelles des segments d'arête ayant lieu dans la chambre de combustion et engendrant des ou marques de cognement caractéristiques. Dans ce cas, le segment d'arête s'use rapidement et n'assure plus l'étanchéité. La longévité du moteur en est grandement réduite..
De nombreuses études sont réalisées dans le but d'améliorer l'efficacité de l'étanchéité et de diminuer les vibrations du moteur. Une première étude porte sur l'optimisation des matériaux utilisés pour le carter et les segments. En effet, il est avéré que le carbone et la fonte d'acier utilisée pour les segments sont incompatibles, d'autant plus lorsqu'un placage en chrome est appliqué sur le carter. Afin d'éviter de remplacer l'ensemble des matériaux, les constructeurs allemands Daimler et Mercedes-Benz emploient un procédé portant la marque Nikasil, traitement de surface développé par Mahle, alliant au nickel des particules de carbure de silice. Il présente l'avantage de mieux fixer l'huile et donc d'améliorer la lubrification. Après avoir été utilisé à partir de 1978 sur le moteur boxer refroidi par air de la Citroën Visa de base, le traitement Nikasil est largement utilisé dans la construction des cylindres de moteurs à deux temps des motos. Néanmoins, il ne suffit pas à résoudre le problème d'usure des segments. Bien que Mazda trouve une solution dans la fabrication de segments creux aux canaux entrecroisés, en raison d'une fabrication trop onéreuse, le constructeur se rabat sur des segments en carbone auto-lubrifiant imprégné d'aluminium.
Production en série thumb|left|Vidéo d'un moteur Wankel bi-rotor sur son vilebrequin.
Dans les années 1960, Mazda met au point des motorisations non plus munies d'un seul rotor mais de deux, trois, voire quatre rotors. La combinaison de plusieurs rotors permet de diminuer les fluctuations de couple dues à la succession de « ratés d'allumage » et de combustions normales. Le premier moteur bi-rotor, d'une cylindrée de , équipe une Mazda Type L8A, prototype sportif..
La Mazda Cosmo Sports 110S, lancée en 1967, suit la NSU Spider et devient la deuxième voiture de série au monde à être équipée d'un moteur Wankel. Elle précède de quelques mois la berline NSU RO80. Équipée d'un bi-rotor de , la Cosmo Sport développe . La production s'arrêtera en 1972 après vendus.
Peu de modèles d'automobiles seront équipées d'un moteur à piston rotatif, bien que Citroën et NSU construisent ensemble, dans le cadre de leur filiale commune ComotorCompagnie Européenne de construction de moteurs automobiles., une usine dans la Sarre pour fabriquer le « moteur Comotor » (Wankel Birotor). En France, seul Citroën commercialise une voiture à moteur Wankel bi-rotor. Dévoilée la première fois sous la forme d'un prototype expérimental monorotor dénommé M35, la Citroën GS Birotor, produite à partir de 1972, ne trouve pas le succès escompté. Bien que novatrice d'un point de vue ensemble moteur/châssis, sa consommation excessive et sa fiabilité laissent perplexes les potentiels acheteurs — la crise pétrolière des années 1970 renchérissant le prix de l'essence..
Néanmoins, la luxueuse NSU Ro 80, dernier modèle de la marque, aura bien plus de succès que la Citroën, puisque seront vendus entre 1967 et 1977. « Ambitieuse technologiquement comme du point de vue esthétique, elle incarne un audacieux parti pris d’innovation.. » Son ambition est d'ailleurs clairement affichée, puisque le nom « Ro 80 » fait référence à sa technique censée représenter celle des années 1980. Elle désire imposer le moteur Wankel comme motorisation automobile et ainsi supplanter les moteurs « alternatifs ».
Déclin d'intérêt thumb|Moteur Wankel de la Mazda RX-8.