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Le bureau d'étude Citroën envisage la variante GZ dès l'exécution du cahier des charges d'avril 1968, bien qu'elle soit finalement commercialisée après la GS à moteur 4-cylindres à plat, de type GX. À partir de l'automne 1973, une série limitée de la GS équipée du « moteur Comotor » à pistons rotatifs va être produite. Sa version Birotor (pour deux rotors, 107 ch DIN, 175 km/h, successeur de la Citroën M35), est produite très peu de temps, à seulement 846 exemplaires : sa fiabilité avec l'usure prématurée des segments d'étanchéité du rotor et surtout l'énorme consommation (entre 12 et 20 litres aux 100 km) à l'époque du choc pétrolier stoppent sa commercialisation un an après sa sortie. Le moteur manquant de temps d'essais au banc, Citroën se sert des informations données par les utilisateurs pour des améliorations futures qui ne verront cependant pas le jour à cause de la faillite financière de la marque. Elle possède entre autres particularités un réservoir à carburant de plus grande contenance (56 litres au lieu de 43), et son soubassement lui est spécifique.
Une peinture deux tons (sur certains modèles), des ailes élargies pour abriter des pneus de 165x14 (au lieu des 145x15) et un train avant totalement différent préfigurant celui de la CX, avec le moteur transversal et les disques de freins reportés derrière les roues avant, distinguent la GS Birotor des autres GS. Le tableau de bord spécifique avec cadrans ronds qui sera repris sur les GS X et X2 avant le nouveau tableau de bord de 1977 ainsi que les sièges intégraux qui incluent le repose-tête.
Le « moteur Comotor » (birotor) est produit par la société du même nom: Comotor, une entreprise commune de Citroën et de l'Allemand NSU qui en dotera sa Ro 80 dans une version 626 (ce même moteur trouvera place sur la moto 1000 Van Veen). Ce moteur ne se vidange pas, il est lubrifié à travers le carburateur comme un moteur deux temps. Il est doté d'une pompe à air pour achever la combustion des gaz d'échappement (système dit de « post-combustion actif en 2e »). L'absence de pièces en mouvement alternatif comme sur un moteur classique permet au moteur de tourner très vite, à tel point qu'une alerte sonore prévient le conducteur en cas de sur-régime.
La Birotor sera produite à un peu moins de 850 exemplaires entre 1973 et 1975. Devant les problèmes de fiabilité rencontrés, usures rapides des segments d'étanchéité du rotor, consommation élevée de carburant, Citroën décide en 1975 de récupérer tous les exemplaires vendus pour les détruire, en proposant une CX en remplacement. Une cinquantaine d'exemplaires y ont échappé.
