Một trong những vấn đề với các thiết kế động cơ ô tô thông thường là các piston di chuyển theo đường thẳng lên xuống trong xi lanh của chúng, tạo ra thứ được gọi là chuyển động qua lại.
Bên trong Wankel hai cánh quạt
Tuy nhiên, các bánh xe đường yêu cầu một loại chuyển động khác - chuyển động quay. Chuyển động tịnh tiến của pittông thành chuyển động quay, các piston được liên kết với trục khuỷu do đó, khi piston đi lên và đi xuống, chúng làm cho trục khuỷu quay. Sau đó, chuyển động quay của trục khuỷu có thể được truyền tới các bánh xe đường để làm cho chúng quay tròn.
Động cơ ô tô sẽ đơn giản hơn rất nhiều nếu các piston có thể quay thay vì chuyển động lên xuống vì chuyển động quay được tạo ra sau đó có thể truyền trực tiếp đến các bánh xe trên đường (mặc dù việc chuyển số vẫn có lợi).
Một ưu điểm nữa của động cơ quay như vậy là các piston sẽ luôn chuyển động theo cùng một hướng - một vòng tròn. Không có sức mạnh của động cơ sẽ bị lãng phí khi dừng các pít-tông ở cuối hành trình của chúng và tăng tốc chúng một lần nữa theo hướng ngược lại, như xảy ra trong động cơ đang hoạt động.
Bất chấp sự hấp dẫn của ý tưởng, chỉ có một loại động cơ quay từng được sử dụng thành công trên ô tô. Đây là công cụ Wankel, được phát triển bởi FelixWankel.
Ông bắt đầu nghiên cứu về máy nén quay vào năm 1938. Sau Thế chiến thứ hai, ông đã hợp tác với NSU (một nhà sản xuất ô tô của Đức sau này trở thành một phần của VW Audi) để biến máy nén của mình thành một động cơ đốt trong khả thi.
Đến năm 1957, Wankel đã chế tạo một động cơ quay thử nghiệm đang chạy trên giường thử nghiệm, và vào năm 1964, động cơ này đã được đưa ra công chúng tại NSU WankelSpyder. Chiếc xe thể thao nhỏ, động cơ đặt sau này có động cơ Wankel 498cc, nhưng nó có thể phát triển 50bhp và có tốc độ tối đa 95mph (152km một giờ).
Spyder chưa bao giờ thực sự gây chú ý với công chúng, và chiếc xe thực sự mang lại danh tiếng cho động cơ Wankel là NSU R080, được đánh giá cao là Xe của năm 1968. Chiếc xe này có động cơ hai cánh quạt 995c và có thể đạt vận tốc 110mph (176km / h) ).
Trái tim của động cơ Wankel là một piston ba cạnh được gọi là rôto quay bên trong vỏ rôto. Ở mỗi bên của ngôi nhà là bản sao.
Các mặt của rôto được uốn cong thành ba thùy và vỏ rôto được định hình gần giống thành hình số tám sao cho khi rôto quay, khe hở giữa mỗi bên của rôto và vỏ trở nên lớn hơn một cách luân phiên nhỏ hơn. Khoảng trống thay đổi liên tục này là chìa khóa của quá trình đốt cháy.
Hỗn hợp nhiên liệu / không khí được hẹn giờ đi vào vỏ tại một điểm khi thể tích giới hạn giữa thành vỏ và một trong các phần của rôto đang tăng lên. Khi thể tích này tăng lên, nó tạo ra chân không, hút hỗn hợp nhiên liệu / không khí qua các cổng trong vỏ và tấm cuối.
Khi rôto chuyển động tròn, thể tích này bắt đầu co lại, nén hỗn hợp nhiên liệu / không khí. Sau đó, hỗn hợp này sẽ đi qua bugi, đặt vào thành của vỏ. Bugi đánh lửa để đốt cháy hỗn hợp, làm cho nó nở ra và làm cho rôto quay theo chu kỳ của nó. Tại thời điểm này, thể tích giữa rôto và vỏ tăng lên để cho phép khí giãn nở, cuối cùng, thể tích lại giảm, buộc các khí thải ra ngoài qua các cổng thoát khí.
Do đó, rôto trải qua cùng một chu kỳ bốn kỳ giống như một động cơ chuyển động qua lại - cảm ứng, nén, công suất và xả - nhưng mỗi bộ ba của rôto sẽ trải qua quá trình này liên tục, do đó, có ba hành trình công suất cho mỗi vòng quay của rôto.
Chạy qua tâm của rôto là một trục đầu ra, trục ra này được liên kết với rôto bằng một hệ thống bánh răng hành tinh tương tự như trong hộp điện tự động (xem Hệ thống 44 và 45). Việc chuyển số cho phép rôto quay theo quỹ đạo lệch tâm để ba đầu rôto liên tục chạm vào nhau.
Khi rôto quay, nó sẽ chuyển động quay quanh trục này. Trục truyền chuyển động tịnh tiến này đến hộp số và truyền động đến các bánh xe đường.
Nén 
Đánh lửa 
Hệ thống xả 
Thiết kế của động cơ Wankel có nghĩa là nó không có van - nhiên liệu / hỗn hợp không khí chỉ đơn giản là đi vào và đi ra khỏi buồng thông qua các cổng trong vỏ rôto và tấm kết thúc. Do đó, nó cũng không có cần gạt, trục cam hoặc thanh đẩy.
Điều này có nghĩa là Wankel có khoảng một nửa số bộ phận của động cơ pittông. Nó cũng nhẹ hơn và nhỏ gọn hơn. Tuy nhiên, nó vẫn cần nhiều lỗi tương tự như các động cơ khác - khởi động, máy phát điện, hệ thống làm mát, bộ chế hòa khí hoặc phun nhiên liệu, bơm dầu, v.v. Sau khi được cài đặt tất cả những thứ này, nó sẽ mất đi nhiều lợi thế về tính nhỏ gọn và trọng lượng nhẹ hơn.
Tuy nhiên, động cơ Wankel trên Ro80 được nhiều người khen ngợi vì vận hành êm ái và không bị rung. Điều này một phần là do động cơ có hai rôto đặt thẳng hàng với nhau nhưng ở các vỏ riêng biệt. Mỗi vòng quay đều quay về cùng một trục đầu ra, nhưng thời gian của chúng được đặt lệch nhau 180 °, do đó bất kỳ lực không cân bằng nào do một rôto tạo ra sẽ bị loại bỏ bởi các lực tương tự của rôto kia và do đó chúng sẽ cùng tạo ra chuyển động mạnh hơn.
Khi thiết kế cơ bản của Wankel đã được thiết lập, các vấn đề sẽ sớm xuất hiện. Một là con dấu mòn. Các rôto được niêm phong ở tất cả các mặt để đảm bảo rằng khí không thấm qua các đầu từ các bộ phận có độ nén cao của vỏ đến các bộ phận có độ nén thấp. Các vòng đệm này dễ bị mòn và hỏng hóc, khiến động cơ mất khả năng nén và do đó có công suất.
Trên động cơ pittông, việc làm kín này được thực hiện một phần bởi các van và một phần bởi các vòng piston, nhưng các vòng đệm trên động cơ Wankel lại đặt ra những vấn đề cụ thể.
Các vòng đệm kém hiệu quả nhất ở tốc độ động cơ thấp, nơi chúng cần được trang bị lò xo để giữ chúng ép vào mặt bên của vỏ.
Nhưng ở tốc độ động cơ cao, sự kết hợp của lực ly tâm và áp suất khí cao sẽ buộc các vòng đệm chống lại vỏ máy nhiều hơn. Sự hạn chế này đồng nghĩa với việc mất điện và làm mòn đáng kể các con dấu, điều này sẽ sớm bị hỏng.
Những người Wankels ban đầu có con dấu làm bằng carbon, nhưng các thiết kế sau này có con dấu bằng sắt đúc đặc biệt, chứng tỏ độ bền cao hơn. Để bảo vệ thêm bên trong của vỏ và các tấm cuối được phủ một lớp sơn cứng.
Vấn đề lớn thứ hai là sự mài mòn của bề mặt chạy hình tám gây ra bởi tiếng kêu của các con dấu. Điều này dẫn đến các lỗi trên bề mặt chạy và làm giảm tuổi thọ của động cơ.
Một vấn đề khác đối với động cơ Wankel là hình dạng của buồng đốt. Trong một động cơ pittông điển hình, buồng chứa có dạng hình cầu, giúp đảm bảo rằng hỗn hợp nhiên liệu / không khí cháy đều và nhanh. Trong động cơ Wankel, buồng đốt chắc chắn phải dài và phẳng, một hình dạng khiến quá trình đốt cháy tối ưu khó khăn hơn nhiều.
Giải pháp một phần cho vấn đề buồng đốt là lắp hai bugi đặt cách nhau một khoảng ngắn. Mazda - mà RX-7 hiện là chiếc xe động cơ Wankel duy nhất được bán ở Anh hiện nay (xem bên dưới) - đã thực hiện nguyên tắc này hơn nữa bằng cách lắp hai phích cắm, trong đó một phích cắm bắn chỉ một phần nhỏ so với phích cắm còn lại. Sự sắp xếp này yêu cầu hai hệ thống đánh lửa riêng biệt với hai cuộn dây.
Mặc dù có sức mạnh và khả năng vận hành trơn tru của Wankel, nó vẫn không phù hợp với đại đa số các nhà sản xuất xe hơi.
Nguyên nhân chính là mức tiêu hao nhiên liệu cao do hỗn hợp nhiên liệu / không khí có xu hướng cháy không đều. Quá trình đốt cháy không đều trong động cơ Wankel cũng gây ra một vấn đề khác - mức phát thải cao của hydrocacbon cháy một phần (ô nhiễm khí thải).
Trong những năm kể từ khi R080 làm nổi bật những ưu điểm lý thuyết của Wankelengine, đã có nhiều cuộc khủng hoảng dầu khác nhau và áp lực liên tục từ các chính phủ và công chúng về mức độ phát thải khí thải thấp hơn và mức tiêu thụ nhiên liệu tốt hơn.
Cả hai nhu cầu này đều không có lợi cho động cơ Wankel và hơn nữa, điều đáng chú ý là hầu hết các nhà sản xuất ô tô đã phải dành nhiều thời gian và tiền bạc để nâng cao hiệu quả của động cơ hiện có của họ.
Hiểu cách động cơ xe hoạt động
Cách hoạt động của hệ thống làm mát động cơ
Cách dầu hoạt động trong động cơ ô tô của bạn
Cách hoạt động của động cơ hai kỳ