Le refroidissement du moteur Wankel est un point particulièrement délicat. Compte tenu des surfaces, les pertes thermique sont plus élevé que celles d'un moteur à pistons.
Pour s'en convaincre, il suffit de comparer les surfaces des radiateurs de deux moteurs de puissance égales (Wankel, essence ou diesel). Sur le Wankel, le problème est d'autant plus compliqué que le rotor est lui même soumis à la température de la chambre de combustion et ses surfaces d'échange avec le stator sont réduites car se limitant aux segments.
Le stator est refroidi par l'huile qui sert également à la lubrification du moteur, d'où la présence d'un radiateur d'huile. Certains modèles ont été équipés d'un échangeur huile / eau, malheureusement moins efficace.
Le moteur Wankel est un remarquable producteur d'eau et d'huile chaudes.

L'image ci-contre représente le circuit de refroidissement du moteur. L'eau à la température la plus basse (bas du radiateur) est pompée et circule par quelques passages d'eau en direction du carter arrière et retourne par d'autres passages vers le carter avant en ayant au passage refroidi les carters intermédiaires et les stators. La structure en "mille feuilles" du moteur est bien visible. Il n'est pas trop étonnant que le moteur soit sensible aux cycles thermiques et la surchauffe.
Le dessin ci contre représente une coupe d'un stator. Le moins que l'on puisse dire est que les formes sont assez complexes.
Le thermostat des moteurs Mazda est représenté ci contre. Moteur froid, le liquide de refroidissement circule en circuit fermé (le radiateur est inopérant). Quand la temprérature s'élève, l'orifice de "by pass" est obturé et le liquide circule à travers le radiateur. Si le thermostat est absent, une partie du liquide ciculera par le "by pass" et le moteur risque la surchauffe. Donc, en aucun cas, il ne faut retirer le thermostat.
Voici comment contrôler le thermostat: Il commence à s'ouvrir à 82° (+ ou - 1,5°) et sera complètement ouvert à 95°. La course est de 8 à10 mm. En dehors de ces valeurs, remplacer le thermostat.
Ceci est le circuit de graissage sous pression qui fait office également de refroidissement des rotors. L'huile s'échappe par des orifices localisés dans l'excentrique et est utilisée pour refroidir les rotors. De là elle retourne au carter d'huile d'où est est pompée pour retourner dans le circuit de graissage après être passée dans le radiateur d'huile.
Dans les rotors, l'huile parcout un circuit tortueux (en noir sur le dessin ci contre) lié à la force centrifuge . Les alvéoles permettent d'obtenir un refroidiseement optimum. Avant d'arriver à retenir une forme aussi complexe des rotors, les ingénieurs de Mazda ont du s'arracher les cheveux. Il doit y avoir pas mal de chauves dans leurs rangs.
Quand tout se passe bien, voici la position du thermomètre d'eau, largement en dessous de la moitié. La pression d'huile quant à elle se situe à environ 6kg/cm²

Quand on voit la complexité du refroidissement, pas étonnant que ces moteurs soient aussi sensibles à la surchauffe et qu'il soit nécessaire d'effectuer des vidanges rapprochées (5000 km), l'huile est en effet soumise à rude épreuve.

Si le moteur chauffe, contrôler qu'il n'ait pas de fuite dans les chambres (dans ce cas le liquide disparaît et il y a d'énormes fumées blanches à l'échappement, hélas le moteur est certainement HS, vérifier que le ventilateur fonctionne (en général il fonctionne trop bien, la panne classique est le ventilateur grippé avec un refroidissement excessif), vérifier que le radiateur n'est pas encrassé et pour finir vérifier le thermostat ainsi que l'indicateur de température.