ロータリーエンジン

概要

ロータリーエンジンの研究は原理的には古くから行われてきたが、その中で唯一実用化されたいわゆるヴァンケルエンジンは、1957年に西ドイツ（当時）のNSU社とWankel社との共同研究により開発に成功した。
レシプロエンジンとは基本的に大きく異なる構造を持っており、エンジン本体にピストンのような往復運動部はなく、ローターの回転運動のみで動作している。またロータリーエンジンの吸気および排気のポートは、ハウジングの側面に設けられた孔がローター自体により開閉されるため、一般的な4ストロークレシプロエンジンのような、往復動する吸排気バルブやこれを開閉するカムシャフトなどの動弁系は必要ない。
4ストロークレシプロエンジンと同様にオットーサイクルやディーゼルサイクルでの熱力学的動作が可能だが、実用化されたのはオットーサイクルのガソリン燃料火花点火機関であり、ガソリンに代えて水素燃料を使える物も試作されている。ロータリーエンジンの性能基準となる「エンジン回転数」は、ローターではなくエキセントリックシャフトの回転数であり、これが4サイクルレシプロエンジンのクランクシャフト回転数に相当する。ロータリーエンジンは1ローター当たり、エンジン回転数1回転に1回単室容積分の空気を吸入するため、1気筒当たり、エンジン2回転に1回単気筒容積分の空気を吸入する4サイクルレシプロエンジンの2倍の吸気回数を持つ（詳しくは下記「動作」を参照のこと）。すなわち、ロータリーエンジンの実質吸気量は「単室容積xローター数x2」となる。ロータリーエンジンデビュー期のモータースポーツにおいては、この考え方により、ロータリーエンジンの排気量に係数「2」を掛け、その値をレシプロエンジンの排気量区分に当てはめていた。しかし実際問題としてロータリーエンジンの出力は「単室容積xローター数x1.5」程度の換算吸気量のレシプロエンジンと同等でしか無いため、日本においては自動車税課税時の排気量区分は「単室容積×ローター数×1.5」として換算される。レシプロエンジンの2倍の空気（と燃料）を吸入しながら出力は1.5倍しか得られないため「燃料消費率が3割悪い」という素性を持ち、特にモータースポーツ分野においては燃料タンク容量や燃料消費に伴う車重変化まで考慮するとレシプロエンジンとの平等な排気量換算は不可能である。そのため競技の性格（スプリントか耐久か）によって異なる換算係数が用いられたり、またF1などのように使用を認めない競技がある。
ロータリーエンジンとして上記の「ヴァンケルエンジン」のみを指す場合も多く、また「回転ピストン型エンジン」、時には「ピストンレスエンジン」と呼ばれることもある。自動車用としては、日本ではヴァンケルエンジンを指して「ロータリーエンジン」(「RE」と略記される)と呼ぶことが一般的であるが、それ以外では「Rotary engine」とも、あるいはより限定的に「Wankel engine」とも呼ばれる。航空機用として「ロータリーエンジン」と呼ぶときは、星型エンジン本体（シリンダー側）がプロペラとともに回転し、クランクシャフトは固定されている構造の回転式レシプロエンジンを意味する場合と、本項のヴァンケルエンジンを意味する場合とがある。
なお、ガスタービンエンジンも本項のロータリーエンジンと同様に回転運動により出力を得ているが、これは速度型の内燃機関であり、容積型内燃機関であるロータリーエンジンとは別に分類される。

自動車用

自動車用としてはNSUヴァンケルタイプが唯一実用化されている。その後NSUに続いて東洋工業（現・マツダ）が量産化し、コスモスポーツに搭載した。ほかにもシトロエンなどが生産モデルに搭載しているが、1970年代以降も自動車用として量産を続けたのは資本主義圏内ではマツダ（詳細は後述）のみである。

日産自動車

1970年代前半には開発途上にあった。東京モーターショーにロータリーエンジンを搭載したサニーを参考出品し、2代目シルビアはロータリーエンジンを搭載することを前提に市販間近といわれていた。しかし、1973年に起きた第一次オイルショックに見舞われたことを機に、省エネルギー志向に切り替わった社会情勢においては燃費の良くないロータリーエンジンは相応しくないとの理由で、結局は市販には至らなかった。

トヨタ自動車

純粋な技術研究としてロータリーエンジンを研究してはいるが、市販の計画は全くない。

ダイムラー・ベンツ（現ダイムラー）

1960年代からロータリーエンジンの研究を開始、ミッドシップに4ローターロータリーエンジンを搭載したC111をジュネーブ・モーターショーで発表したが、耐久性の面で問題が生じ、ついに市販されることはなかった。

シボレー

1970年代に独自のロータリーエンジン開発計画が存在し、1973年にミッドシップに2ローター/4ローターを搭載するコルベットを発表したが、第一次オイルショック直後だったため、市販されることはなかった。また、GMからロータリーエンジンの供給を受け、同社初のFFとなる予定であったシボレー・ベガの発表を計画していたが、結局は旧来のレシプロエンジンを使ったFRレイアウトへの変更を余儀なくされた。

ジョンディア

農業用トラクターなどで知られる同社は、米軍部のマルチフューエルエンジン化構想に応えたロータリーエンジンを完成させ、海兵隊車両に採用された。

ロールス・ロイス

低圧高圧二段構成のロータリーディーゼルエンジンのR6を試作している。

ソビエト連邦-ロシア

国営時代からソ連崩壊後の2000年頃まで幅広い車種でロータリーエンジン搭載車を量産していた。ソ連は国策の一環として国営のVAZに命じてロータリーエンジンの製作を行わせていた。ソ連の一般庶民には現在の基準から見れば比較的低性能なレシプロエンジンの車体しか販売されなかったため、安価に高出力を出せるロータリーエンジンはKGBを始めとする官公庁向けの車両や高級官僚・軍人向けに販売される高性能車両にはうってつけだったのである。ソ連圏のロータリーエンジン開発は、政治状況からしかるべく、資本主義国のメーカーとは一切の提携の締結なしに行われ、リバースエンジニアリング元はNSU系の1ローター辺り654ccのロータリーエンジンといわれている。コピー元はあるものの、技術や重要なノウハウの提供を（正規に）得ていないという点では独立に完成させた物ではある。そのバリエーションは東洋工業に劣らないもので、市販車両には1ローターから3ローターエンジンまでが存在し、試作エンジンには4ローターエンジンも存在した。市販車両では合計8車種に搭載され、エンジンの種類は試作も含めると20種類に達するという。最高出力も燃料供給装置の幾多の改良を経て、航空機向けに開発された2ローターの最終型VAZ-416は180馬力から206馬力、3ローターの最終型VAZ-426は270馬力、試作4ローターエンジンのVAZ-526は400馬力に達していたという。1974年から製造が開始され、ソ連が崩壊しロシア連邦となった後も2002年頃までロータリーエンジン車が販売されたとされているが、その総生産台数やエンジン設計の全容などの情報は、現在も存続するメーカー自体もあまり積極的に公表したがらない事情もあり、冷戦終結後の現在でも英語圏の西側諸国にはあまり伝わっていない。ただし、ロシアのエンスージアストの間ではチューニングカーのベース車両としてある程度の知名度はあるようで、NAチューンやターボ取り付けなどの改造が施されたVAZ製ロータリー車の走行映像がYoutubeなどに数多く投稿されている。

アウディ

ロータリーエンジンの元祖NSUを吸収合併したアウディは、2010年のジュネーブ・モーターショーにおいてコンセプトカー「アウディ・A1 e-tron」を発表した。これは、ロータリーエンジンを発電機専用に使用したシリーズ・ハイブリッド（レンジエクステンダー付きEV）である。

航空機

小型軽量ながら高出力という利点を活かし航空機用のエンジンとして採用された例がある。また軽量でオクタン価の低い燃料でも稼動するため補助動力装置に採用例がある。
大手グライダー製造メーカーであるドイツのアレキサンダー・シュライハー社は、自力で離陸できる動力格納式のモーターグライダーである、オープンクラスアレキサンダー・シュライハー ASH 25、18mクラスアレキサンダー・シュライハー ASH 26や、2004年に初飛行したベストセラー練習機アレキサンダー・シュライハー ASK 21を基にしたASK21 Mi に、従来の空冷2サイクルエンジンではなくシングルローターのヴァンケルロータリーエンジンを搭載している。これは、もともとノートンのオートバイ用であったものを、ダイヤモンド・エアクラフト・インダストリーズグループのダイアモンドエンジン社が改良、発展させたものである。
ヘリコプター用としては、シトロエン RE-2やYoungcopter NEOに採用された。
Moller社ではポール・モラーがFreedom Motorsのロータリーエンジンを使用したスカイカーとしてMoller M400やMoller M200Gを制作している。
シコルスキーでは、無人実験機・サイファーの動力にヴァンケルロータリーエンジンを用いている。
ホームビルト機では、マツダ車から取り出したロータリーエンジンを搭載できるように設計された機体もある。

模型飛行機

模型飛行機用として超小型のロータリーエンジンが市販されている。小川精機は工程容積4.97 ccの49-PIをかつて製造販売していた。実用回転数は2,500 - 18,000 rpmで、出力は1.1馬力/17,000 rpmである。初期はサイドポート吸気であったが、49-PI Type IIではペリフェラルポート吸気に変更されている。現在でも入手可能なものは日東工作所製で、行程容積11.97 ccのNR-12HとNR-12Pである。

コジェネレーションシステム

分散型の熱電供給システムであるコジェネレーションシステムの動力源として、コンパクトで低騒音、低振動という特徴からロータリーエンジンが注目されている。
2002年に広島ガス、2003年に中国電力がマツダの自動車用ロータリーエンジンを組み込んだシステムを試作、LPガスを燃料として実証試験を行っている。
広島市南区の広島県太田川流域下水道東部浄化センターでは、バクテリアの力で下水汚泥を分解して量を減らす工程で生じるメタンガスを燃料とし、自動車用ロータリーエンジンを組み込んだ発電装置9台を4億7400万円で設置し、2012年3月23日から稼働させている。これは呉市に製造拠点を置く製鋼・産業機械メーカーの寿工業（東京）やマツダなどが共同開発したもので、排熱も浄化槽の加温に使用されている。
元マツダの技術者である室木巧は、層状給気燃焼方式を採用したロータリーエンジン（DISC-RE）でコージェネレーションシステムの研究をしているが、自著で自動車に使うには研究が足りないと記している。

超小型発電機

カリフォルニア大学バークレー校のMEMSのロータリーエンジン研究室はローター径1 mm以下、容積0.1 cc未満のヴァンケルロータリー型発電機を開発している。ローターに組み込まれた磁石で発電するが、現在は外部からの圧縮空気で動いている段階。目標は100 mWを供給する内燃機関の開発という。

水素ロータリーエンジン

1990年代以降には水素ロータリーエンジンがマツダによって研究開発されている。水素燃料は再生可能エネルギーの一種であり、また燃料電池用の燃料としてのインフラ整備が課題に挙がっている。その水素燃料を容易に転用できる内燃機関のひとつとして、ロータリーエンジンは有望である。これはレシプロエンジンとの比較で、吸気室と燃焼室が分離している上に高温となる排気バルブもないため、過早着火やバックファイアーと言った異常着火が発生しないこと、また大径となる水素インジェクターを、燃焼にさらされずにすむ吸気室上部の広大な場所に設置できること、という構造上の利点があり、さらには水素は燃焼速度が速く、縦長で扁平な燃焼室形状という欠点が問題になりにくいという相性の良さもあるためである。現時点では高純度の水素を必要とする燃料電池車などと比べても、はるかに現実的な解法である。また燃焼時のすすが少ないためLPGやCNGなどのガス燃料であれば、水素以外でもロータリーエンジンの方がレシプロエンジンよりも有利であるとされる。
ただし、LPGやCNGはともかく水素においてはインフラの整備にめどが立たないこと、水素の場合において、水素吸蔵合金を使用すれば車が重くなり、高圧水素タンクを使用すれば衝突時に爆発の危険があること、そのどちらにおいても航続距離が短距離に留まることなど、ロータリーエンジンに限らず、水素を自動車用エネルギー源として使用する上で解決すべき課題はまだ多い。

モータースポーツ

REは構成部品が圧倒的に少なく、特に組み付けと調整に多くの時間を要する動弁系を持たないことや、ジャーナルとキャップ間などのオイルクリアランスの管理箇所が少ないことで、オーバーホールの時間を大幅に短縮でき、レースユースには非常に適している。ローコストで高性能が得られることから、多くのプライベーターの支持を受け、1970年代以降の日本のモータースポーツ界を支えたが、1992年頃よりマツダがレースから完全撤退してしまい、マツダスピードも形骸化（後に解散）してしまったため、日本国外の現地資本によるワークス活動を除き、ロータリーでプロレベルのレース活動をすることは非常に困難になっている。
また採用チームの少ない割に性能均衡が難しいことからロータリーエンジンの搭載自体を禁止するカテゴリも多く、規則の自由度が高いことで知られるWEC（世界耐久選手権）のLMP1規定すらもレシプロエンジンしか認可されていない。現在トップカテゴリでロータリーエンジンが禁じられていないのは、世界ラリークロス選手権のツーリングカークラスやWRC3のような、アマチュア向けの市販車クラスのみとなっている。
極少数ではあるがマツダスピードから3プラグサイドポートハウジングと、ペリ吸気ハウジングが発売されていた。
RE雨宮がSUPER GTで走らせていたFD3Sに搭載されていたNAバージョンの20B型エンジンは、中古車であるユーノスコスモのエンジンである20Bを基にしたものである。
北米大陸ではフォーミュラ・マツダとプロ・マツダ チャンピオンシップで使用される。

ワンオフ品

その簡単な構造により、十分な知識、部品およびツールさえあれば、個人でのエンジンの分解・組み立てさえも可能である。また、2ローター以上のロータリーエンジンは、左右と中央のハウジングに挟まれたローターが直列に配置された構造を採るため、レシプロエンジンのクランクシャフトに相当するエキセントリックシャフトの新造さえできれば、個人でも市販エンジンの部品を組み合わせて1ローターや4ローター以上のエンジンを製作する事も可能である。1ローターは日本のRE雨宮がマツダ・シャンテの改造用に製作したものが著名であり、海外では2013年現在、自動車向けではニュージーランドのエンジンビルダーが試作した6ローターが発表されている。
REは構造が積み木に近いため、エキセントリックシャフトさえワンオフで制作できれば1ローターの6.5B（13Bハウジングを使った1ローター）や、24A（スクートスポーツがデモカーに搭載している、12Aハウジングを使った4ローター。スクートスポーツやマジックは13Bハウジングを使用した4ローターも製造販売している。こちらは上記のレース用エンジンと同じR26Bという形式名が付けられている）など、様々な物を制作可能である。

空気圧縮機

外部からの動力で働くヴァンケルロータリー構造の圧縮機である。レシプロ式に比べ振動、騒音が低いことが特徴。

過給機

ヴァンケルロータリー構造を内燃機関用スーパーチャージャーに応用したもの。実験は行われたが、十分な過給効果を得るためには、ロータリーエンジンの2倍ほどの大きさのハウジングが必要となるため、実用化はされていない。

油圧モーター

油圧モーターの中で、油圧ショベルの駆動輪などに用いられているものはヴァンケルロータリー構造のものが多い。

乗用車用シートベルト

奇抜なものとしてシートベルトプリテンショナーがある。メルセデスベンツでいくつかの車種に使用されている。これらの自動車では衝撃を感知すると電気的に小型のガス発生器に点火されて作動して減圧されたガスが小型のヴァンケルロータリーモーターに供給されてシートベルトを巻き上げる。

ロータリー熱エンジン（RHE）

ランキンサイクルによって作動する外燃・外熱ヴァンケルロータリーエンジン。各種プラントの排熱を、機械エネルギーとして、また、発電機との組み合わせで電力として回収するために用いられる。
沸点の低いアンモニアやエタノールを作動流体とすることで、従来利用されることのなかった（捨てられていた）、温度域が40℃ - 150℃程度の排熱からでも動力を取り出せる。

その他

1967年英国センチュリー21プロダクション製作のSF特撮人形劇「キャプテン・スカーレット」に登場する追跡戦闘車(S.P.V. Spectrum Pursuit Vehicle)は、前後に8ローターのロータリー・エンジンを搭載という設定になっている。