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ロータリーエンジン(英語では)は、ピストンの代わりにローター(回転子)を用いたオットーサイクルエンジンである。ドイツの技術者フェリクス・ヴァンケルが発明した。日本国内では度々REと略記される。

熱機関としての動作は、ピストンがローターに置き換わった事を除けば、通常のピストンエンジン(レシプロエンジン)と同等である。

なお、日本での「ヴェンケルエンジン」の呼称は、東洋工業(現・マツダ)が命名した「ロータリーエンジン」が一般的となっているが、英語でというときは、エンジン本体がプロペラとともに回転する構造の航空機用レシプロエンジン(回転式エンジン)を指すことがほとんどであり、日本語でも航空用語としても用いる場合はそちらを意味することが多い。

しかしヴェンケルエンジン(本項のロータリーエンジン)が航空機に用いられている例もあり、文章や論文で用いたり、また表記されていたときには、混同しないよう注意が必要である。

脱化石燃料の次世代内燃エンジンとして期待される、燃料に水素を使ったものに関しては水素ロータリーエンジンも参照。

◆ 形状、動作

◇ 概要

そのシリンダ(ローターハウジング)の側面は2ノードのペリトロコイド曲線というまゆ型である。ピストン相当のものはローターと呼ばれ、シリンダに内接する3葉の内包絡線という三角おむすび(ルーローの三角形)をしている。ローターは芯のずれた軸(エキセントリックシャフト、右図中心の白い部分で軸は回転中のB)に取り付けられ自由に回転するようになっている。その回転を制御するためエキセントリックシャフトの回りでサイドハウジングに固定され回らない歯車(茶色)の回りをローターの内歯がかみ合うようになっている。出力はエキセントリックシャフトがクランクとして動作することで取り出される。ローターの1回転で4サイクルの工程が3組進行し、エキセントリックシャフトは3回転する。

なお、エンジン内のローターは、その形状から三角おにぎりの愛称で呼ばれる事もある。

ちなみに、ロータリーエンジンはエンジンのシステム上ではピストンバルブ式の2ストロークエンジンに近い仕様で、エンジン特性も4ストロークエンジンよりも2ストロークエンジンに近いものとなっている(詳細は下記の項目を参照)。

◇ ポート(吸・排気口)形状

一般的なものから挙げる。

;サイドポート:サイドハウジング(右上図断面部)にポートが設置される。最も一般的で、低回転向きである。RX-8に搭載されるRENESISでは、吸排気共にサイドポートとなるが燃焼ガスの流動方向(=ローターがガスを押し出す方向)と排気口の方向が異なるため、熱だまりによるススが発生しやすい。

;ペリフェラルポート:ローターハウジング辺面に設置される(右上図の通り)。吸排気効率に優れ高回転向きであるが、ローターの頂点がポートを通過するとき、となり合う燃焼室とつながって吹き抜けを起こす(レシプロエンジンでのオーバーラップ)性質があり、結果として排出ガス値や燃費の悪化を招く。吸気ポートでは主にレーシングエンジンに採用され、RX-7(FD3S)までの市販車では排気ポートのみに採用された。

:また、吸排気共にペリフェラルポートにすると排気音が超爆音になってしまうこともあり、騒音規制に適合させることが難しい。そのため競技専用車に用いられる事が多い。

;ブリッジポート:サイドポートの一種であるが、レース用エンジンの開発やチューニングなどで、出力の向上を目的としてポート径を拡大していくと、ついにはローター頂点であるアペックスシールの通過位置にポートがかかるようになる。その場合、アペックスシールの破損や脱落を防ぐ目的で、シールの通過位置のみにサイドハウジング内壁を残す手法を採る。残された部分がポートに橋をかけたように見えるのでブリッジポートと呼ばれる。サイドポート排気の場合もローターの頂点がポート上を通過するようになるので、オーバーラップ(吹き抜け)が発生する。

;クロスポート / コンビネーションポート:サイドポートかブリッジポートとペリフェラルポートを組み合わせる。コスモスポーツのレーシング仕様エンジンで採用され、低回転でサイドポートのみ、高回転ではペリフェラルポートのみが動作するシーケンシャル方式になっている。この場合両者の長所を生かせるものとなる。

;オギジュアリーポート:ブリッジポートとペリフェラルポートの中間。ブリッジポートの細長いポートを、さらにローターハウジングまで広げたもの。ブリッジポートよりさらに高回転高出力型になる。RX-8の250psモデルに搭載されているロータリーエンジンが純正採用している3番目の吸気ポートもこれに近いもので「オグジュアリーポート」と呼ばれる。

◆ 構造上の利点と欠点

極めてシンプルな構造のため、理論上は各部分の抵抗が少なく済み、レシプロエンジンに比べると以下のような特徴がある。

#動弁系が不要

#同出力のレシプロエンジンと比較すると、軽量かつコンパクト

#同排気量のレシプロエンジンと比較すると、ハイパワー

#低振動、低騒音(機械騒音)

#ローターのフライホイール効果から、アクセルワークに対するレスポンス(ツキ)がやや悪く、特に回転落ちが遅い

#極低回転域の燃焼安定性がやや悪い

#排気ガスの成分として、窒素酸化物(NOx)が少ない。しかし未燃焼燃料の炭化水素(HC)が多い

#アンチノック性能が高い(水素燃料にも優位)

#低オクタン燃料に強い(オイルショック時には、ガソリン:灯油 = 1:1で使用していたユーザーもいた)

特に4は往復運動を回転運動に変換するのではなく、もともとが回転運動である本エンジンの構造に由来するものであり、当初は性能でもレシプロエンジンを大きく引き離して未来のエンジンと持て囃された。いわゆる、『モーターのようなフィールのエンジン』で、ロータリーエンジンの魅力のひとつである。

昭和48年(1973年)の排気ガス規制導入当初は、窒素酸化物を減らすための手段が見つかっていなかったため、マツダ以外の自動車メーカーも一斉にロータリーエンジンの実用化にむけて研究を行った。しかしながら、先に窒素酸化物の低減に有効な三元触媒が開発・実用化されたため、この優位性は消えてしまった。もっとも、マツダのREは当時サーマルリアクターで排気ガスを浄化しており燃費がさらに悪化するという事態に陥っていたため、マツダREにとっても三元触媒は燃費向上に大いに有利に働いた。

ところが、このエンジンの開発期における最大の問題点でありかつ解決されたかに思われた部分が、後に短所として再び浮き彫りになる。

#バルブ制御で吸排気を行うレシプロエンジンに比べ、吸排気をローターによるポート開閉と負圧に頼ったロータリーエンジンは、低速回転時では吸気の慣性に乏しく吸排気効率が上がらず、結果として燃費悪化・トルク不足をおこす。

#ローターとハウジングによって形成される燃焼室は、いびつな形のうえ広範囲を移動するため、ハウジング壁面を通して冷却水に熱を奪われやすく、熱効率面で不利。

#熱効率が悪く、オイルや冷却水、排気ガスが高温になりやすい。そのため同出力のレプシロエンジンと比較して、大きなサイズの冷却装置が必要である。同様の理由でインジェクター・燃料ポンプ・燃料タンクも大型のものが必要で、エンジンとしては確かにコンパクトであるが、車体装備品一式としてみると、決して軽量でもコンパクトとも言い切れるものではなかった。

上記の理由から、効率面でレシプロエンジン勢に水をあけられる結果となった(特に低速回転時)。低速域でのトルク不足をターボチャージャー(シーケンシャルツインターボ)で補う事も行われ、出力向上は果たせたが、実用燃費はさらに悪化し、システムも肥大化・高額化・煩雑化した。

また燃費以外に、オイル消費や耐久性の面でもレシプロエンジンに比べて不利である。

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