ロータリーエンジンとは?

ロータリーエンジンとは?メリット・デメリットと歴史を振り返る

ロータリーエンジンとは丸みを帯びた三角形状のローターを回転させてタイヤを駆動させる仕組みを導入する内燃機関。同エンジンがEVに搭載する発電用として復活する可能性が高まっている理由、レシプロエンジンと比較した場合のメリット&デメリット、RX-7などの搭載するマツダ車の魅力についても解説。

ロータリーエンジンとは?メリット・デメリットと歴史を振り返る

ロータリーエンジンで車を駆動させる仕組み・メリット&デメリット

EVに搭載する発電用のエンジンとして復活するのではないのかと噂されている「ロータリーエンジン」に関する情報をトレンドも含めて紹介。

ロータリーエンジンを構成するパーツや車を駆動させる仕組み、レシプロエンジンとの比較も行いながらのメリット&デメリット、RX-7やRX‐8等のロータリーエンジンを搭載するマツダ車の魅力についても解説していきます。

「ロータリーエンジン」は三角形の形状をしたローターを回転運動させて駆動力を得る仕組みを採用する内燃機関

ロータリーエンジン

ロータリーエンジンは、ハウジング内で独特の丸みを帯びた三角形の形状をしたローターを回転運動させて、燃焼室内で混合気を燃焼させてタイヤを駆動させる力を得る仕組みを採用している内燃機関です。

同エンジンは、ほとんどの車が搭載しているピストンを往復運動させて、それをクランクシャフトによって回転運動へと変換させて駆動力を得ているレシプロエンジンとは異なるタイプの原動機です。

ドイツの技術者であるフェリクス・ヴァンケルが発明したロータリーエンジンは、西ドイツの自動車メーカーであるNSUが「ヴァンケルタイプ」に搭載して実用化させて、マツダ(当時:東洋工業)がコスモスポーツにより完成度の高いロータリーエンジンを搭載させて世界で初めて量産化に成功しました。

国内メーカーでは、トヨタや日産といったメーカーもロータリーエンジンの開発を行っていた歴史があります。日産は2代目シルビアにロータリーエンジンを搭載させる計画でしたが、1973年に起きた第1次オイルショックによる燃料価格の高騰を受けて、市販化を断念しました。

マツダはコスモスポーツ以外の車種にも、積極的にロータリーエンジンを搭載していた唯一の自動車メーカーでしたが、エコカーブームの到来や環境基準が各国で厳格化された影響を受けて、2012年6月にRX‐8の生産を終了させました。マツダはRX‐8の生産が終わってからもロータリーエンジンの開発は続けています。

ロータリーエンジンを構成する「ローター」「ハウジング」等のパーツの特徴と役割

ロータリーエンジンの構成

新車・中古車市場で購入可能なほとんどの車が搭載しているレシプロエンジンを構成しているピストンなどのパーツの認知度は、ロータリーエンジンを構成しているパーツよりも高いと判断できます。

このセクションでは、ハウジング等のロータリーエンジンを構成しているパーツの特徴と役割を紹介します。

ロータリーエンジンを構成しているパーツの名称と特徴と役割
パーツ名称 特徴と役割
ローター おにぎりのように三角形に丸みを持たせた独特の構造をしていて、ハウジング内で回転運動をして駆動力を得るのに大きく貢献しているパーツ。
ハウジング レシプロエンジンで言えばシリンダーやシリンダーヘッドにあたるパーツ。点火プラグが設置されたローターハウジング、側面を塞いでエキセントリックシャフトの回転軸が作動できるようなスペースを設けているサイドハウジングによって構成。
エキセントリックシャフト 重心と剛心の位置をずらした偏心構造をしていて、ローターが創り出した動力を、車輪を駆動させる力として伝える役割をするパーツ。
アペックスシール 圧縮させた空気の漏れを防いで、作動室との気密性をキープさせる為にローターの各頂点に設置するパーツ。サイドハウジング間との気密性を保つために取り付けるサイドシールも含まれる。

ロータリーエンジンの「メリット&デメリット」をレシプロエンジンとの比較

ロータリーエンジン

このセクションでは、マツダが情熱を傾けて開発を続けているロータリーエンジンのメリットと、RX-8が生産終了となってしまった事にも大きく関わるデメリットについて、レシプロエンジンとの比較も行いながら解説していきます。

ロータリーエンジンのメリットは「軽量化」「低振動」「高出力化」

ロータリーエンジンのメリットには「軽量化」「低振動」「高出力化」などが挙げられるため、量産車の開発に成功したマツダは主に同エンジンをスポーツカーに搭載させていました。

吸排気バルブなどのパーツを不要とするためロータリーエンジンはコンパクト設計で軽量化を行える

レシプロエンジンはバルブ等の数多くのパーツによって構成されています。対するロータリーエンジンは吸排気バルブなどのパーツを不要として、レシプロエンジンよりも少ない部品数によって構成されているため、コンパクト設計が可能であり軽量化を行えます。

「ロータリーエンジン」はローターを回転運動させて動力を得ているため低振動で騒音を抑えられる

ほとんどの車が採用しているレシプロエンジンは、ピストンを高速で振動させて動力を得ています。レシプロエンジンには「縦置き直列」「V型」「水平対向」などの様々なシリンダーのレイアウトパターンがあります。

それら各タイプと比較した場合、ローターを回転運動させることで駆動輪を動かすための動力を獲得している「ロータリーエンジン」は、上端・下端あるいは右端・左端がないので片端から別の端へと移動する際に起こりやすい振動や音が発生しにくい構造をしているため、作動時の振動や騒音を抑える事が出来ます。

吸気・圧縮・膨張・排気過程を同時並行で行える仕組みを採用する「ロータリーエンジン」は高出力化を期待

同サイズのエンジンを比較した場合には、ロータリーエンジンの方が高出力化を期待できます。

レシプロエンジンは、ピストンが上下または左右などに往復運動を行う際に、吸気・圧縮・膨張・排気の4サイクルを順番に繰り返して動力を得るのに対して、ロータリーエンジンは、ローターを回転運動させる事で吸気・圧縮・膨張・排気を同時並行で行います。

往復運動を繰り返すレシプロエンジンは一旦止まって反対側の端の移動する際にエネルギーロスが起こりやすい、構造的な特徴によってローターが回転して動力を出力軸へとダイレクトに伝える仕組みを採用するタイプの方がパワーロスは少ないという理由も重なって、同サイズのエンジンを比較した場合においては「ロータリーエンジン」の方が高出力化を望めます。

ロータリーエンジンのデメリットは「燃費が悪い」「パーツが故障しやすい」「エンジンオイルが劣化しやすい」

ロータリーエンジンのデメリットには「燃費が悪くて」「パーツが故障しやすい」などが挙げられます。そのため、同タイプのエンジンを搭載する車両は、走行性能には優れているけれども維持費が掛かってしまうと指摘されています。

燃焼室が広いので熱が逃げやすく・圧縮比が低くなりやすい「ロータリーエンジン」は燃費が悪い

ロータリーエンジンを同サイズのレシプロエンジンと比較すると、燃焼室はワイド化しなければならないため熱が放射されやすい、構造的な理由などによって燃焼室内の気体を圧縮する力がピストン方式よりも低くなってしまうため燃費は悪くなってしまいます。

また、ロータリーエンジンは低回転域での燃焼が安定しにくくて、低回転時のトルク(車を加速させる際に必要となる力)はレシプロエンジンよりも低いので、低回転域での走行シーンが多くなる街乗り中に加速する際にはレシプロタイプよりも頻繁にエンジンの回転数を上げなければならない事も、燃費が悪い原因です。

パーツが故障しやすくメンテナンス費用がかかる

ロータリーエンジンは、レシプロエンジンよりも少ないパーツによって構成されていますが、各動作過程においては個々のパーツにかかる役割や負荷は大きくなります。そのため、各パーツは故障しやすくて、マツダの純正社外パーツ以外の商品数も限られているため、パーツ交換代は高額となってしまいます。

その他、エンジンに不具合が生じた場合に、分解・清掃を行って動作性能を回復させる「オーバーホール」による修理は、ロータリーエンジンの方がレシプロエンジンよりも早期化される傾向にあるため、メンテナンス費用は高額になりがちです。

エンジンオイルが劣化・燃焼しやすいので交換のタイミングが早い

レシプロエンジンに用いられるエンジンオイルは、各パーツの摩耗を防ぐ潤滑油としての役割が最も重要視されています。レシプロエンジンよりも室内が高温状態となりやすいロータリーエンジンに用いるエンジンオイルには、潤滑作用だけではなくて冷却作用なども役割も重要視されるので、添加剤などを配合する高性能タイプを使用しなければなりません。

ロータリーエンジンを搭載する車両は、機構内で熱を持ちやすいエンジンオイルを冷やすためにオイルクーラーを標準装備させていますが、それでもレシプロエンジンと比較すればオイルは燃焼しやすくて劣化するタイミングも早まってしまうため、エンジンオイルは頻繁に交換しなければなりません。

不完全燃焼が起こりやすくて排気ガスに炭化水素が含まれやすい

ロータリーエンジンの室内は、レシプロエンジンよりも高いものの燃焼室は広く設計されていて、圧縮比も弱いため、燃料を燃焼させる際の温度が低くなってしまいます。

燃焼温度が低ければ、不完全燃焼が起こりやすくなって、排気ガス中に含まれる炭化水素の濃度が高まってしまいます。

ロータリーエンジンが搭載された歴代マツダ車と代表的な車両の魅力

マツダは、前身となる東洋工業時代の松田恒次社長が掲げた「会社が生き残るためには、他社が真似のできないオンリーワンの独自技術が必要だ」とのスローガンの基、ロータリーエンジン等の内燃機関の開発に積極的に力を入れ続けている自動車メーカーです。

同社は、ロータリーエンジンを搭載する世界初の量産車である「コスモスポーツ」を1967年に誕生させる、その後も第1次オイルショックが起きて燃費のより良い車が求められるようになった時代となっても、ロータリーエンジンにこだわりを持って進化させ続けて、国内外の走りを追い求めている車好きから支持された「RX‐7」や「RX‐8」を完成させました。

このセクションでは、ロータリーエンジンを搭載していた主なマツダ車とその販売期間、代表的な車種の魅力についても紹介します。

マツダはスポーツカーだけではなくてマイクロバスや海外用のピックアップトラックにもロータリーエンジンを搭載させていた

ロータリーエンジンのコンパクトサイズ・高出力・アクセルレスポンスの優れた特徴は、スポーツカーに搭載させるパワーユニットとしては多数の魅力を備えます。

社運をかけてロータリーエンジンの実用化を成功させたマツダは、ロータリーエンジンに拘りを持って、スポーツカーだけではなくて、マイクロバスや海外向けに開発させたピックアップトラックにも同エンジンを導入させていた時期があります。

ロータリーエンジンが搭載されていたマツダ車とその販売期間
車名 販売期間
コスモスポーツ 1967年~1972年
ファミリア 1968年~1973年
ルーチェ 1969年~1990年
カペラ 1970年~1978年
サバンナ 1971年~1977年
Bシリーズ 1973年~1977年
パークウェイ 1974年~1976年
ロードペーサー 1975年~1977年
コスモ 1975年~1989年
RX-7 1978年~2002年
RX-8 2003年~2012年
「コスモスポーツ」は世界で初めて量産車としてロータリーエンジンを搭載した歴史的な車

コスモスポーツ

1967年に誕生したコスモススポーツは、世界で初めてロータリーエンジンを搭載した量産車です。同車は、1964年に開催された第11回の東京モーターショーに出展された際に最も注目された一台。

マツダの2シータークーペである「コスモスポーツ」は、蓄積されていたロータリーエンジン理論を、実用化レベルに耐え得る形として実現させた10A型エンジンを搭載する歴史的な車です。

「RX‐7」はワイルドスピードに登場する・ル・マン24時間耐久レースで総合優勝するなど世界的な知名度を誇る日本を代表するスポーツカー

RX‐7

「RX‐7」は、ロータリーエンジンを意味するアルファベッドであるRが頭文字に付けられているマツダのみならず、日本を代表するスポーツカーです。

1970年代に発生した石油危機、深刻化した公害問題によって、マツダが得意とするロータリーエンジンの存在意義を問われていた時代に、技術者達が情熱やプライドをかけて誕生させたのが「RX‐7」。

初代モデルが12A型水冷2ローターの自然吸気エンジンを搭載させていた同車は、ル・マン24時間耐久レースで総合優勝を果たすなど数々のモーターレースで輝かしい功績を収める、ハリウッド映画でシリーズ化もされているワイルドスピードに劇中車として登場するなど世界的な知名度を誇ります。

そんな「RX-7」は、ターボシステムを搭載するロータリーエンジンを環境基準に適応させるのが難しくなった事、及びメイン市場であって日本と北米でのスポーツカー需要が低迷していた影響も受けて、2002年8月に販売終了とりました。

RX‐8は新設計のロータリーエンジン「RENESIS」を搭載する4ドア・4シーター

新設計のロータリーエンジン

「RX-8」は当時親会社であったフォードの意向を受けて、大人4人がしっかりと乗車できるピュアスポーツカーを目指して開発が進められ、前後ドアは観音開き構造とする「フリースタイルドア」を採用した4ドア・4シーター。

同車は、サイド排気ポートを導入するなどしてRX‐7で指摘されていた燃費の悪さを大幅に改善させた1.3リッター新世代ロータリーエンジン「RENESIS」を搭載。厳格化された欧州排ガス規制をクリアできないなどの諸問題により、2012年6月22日をもって生産終了となりました。

将来的にはディーゼル機関のロータリーシステムを組み合わせたエンジンが誕生する可能性もある

実験室レベルでは実現されているかもしれませんが、2019年10月時点においてはロータリーエンジンのシステムにディーゼル機関を組み合わせた量産化を可能とする内燃機関に関する報告はなされていないのが現状です。

ディーゼルタイプのロータリーエンジンの実現化に向けて中心的な役割を果たす自動車メーカーは、やはりマツダです。同社は、ロータリーエンジンに関する数多くの特許を保有していて、世界最高レベルの低圧縮比を可能とさせるディーゼルエンジン技術である「SKYACTIV‐D」も備えています。

低燃費を魅力とするディーゼルエンジンのウィークポイントは振動音です。ローターを回転させる事で動力を得て静粛性を高水準化させるロータリーシステムの組み合わせは、ディーゼルエンジンにとっては魅力的です。

SKYACTIV‐Dは14.0という低圧縮比の状況下で軽油を自己着火させることに成功。ロータリーエンジン機構内においても同等の低圧縮比を実現可能となれば、軽油を燃料とするのは原理的には可能であると指摘されています。

実用化段階では、軽油を燃やした際に発生する窒素酸化物やススの発生を抑える、消費者が望むような低燃費を実現できるかがクリアすべき課題となりますが、将来的にはディーゼルエンジンとロータリーエンジンの魅力をベストミックスさせた新たなパワーユニットが誕生する可能性はあると判断しています。

ロータリーエンジンが復活する可能性はマツダが特許を出願したこと及びトヨタと資本提携を結んだ事で現実味

RX-8 を最後として搭載する車両が誕生していないロータリーエンジンが復活する可能性は、2016年4月にマツダがロータリーエンジンに関する数多くの特許を出願した事、2017年にトヨタ自動車と相互に株式を持ち合う資本提携を結んだ事から、その可能性が大きく高まりました。

このセクションでは、水素を燃料として用いるロータリーエンジン車や、ロータリーエンジンを発電用として用いるレンジエクステンダー方式を採用する車両についての考察を行います。

トヨタがMIRAIで構築した技術にマツダのエンジンテクノロジーを融合させた水素ロータリーエンジン搭載車が誕生する可能性は高い

マツダは2016年4月に、ロータリーエンジンの燃焼室の形状を変えて燃費を改善させる事に関する特許に合わせて、水素を利用した燃料技術に関する特許の出願も行いました。

同社は過去に、バイフューエル方式を採用して水素とガソリンとを必要時に応じて切り替える水素ロータリーエンジンを搭載した「ハイドロジェンRE」を少量生産していました。

トヨタは、水素を燃料として空気中の酸素との化学反応を引き起こして作り出した電気の力で駆動する「MIRAI」をラインナップしている水素技術に強みを持つメーカーでもあります。

RX-8が生産終了となった原因には、各国で厳格化される排ガス規制をクリアするのが難しかったという理由も関わっています。ロータリーエンジンに関する1,000を超える特許を持っているマツダがトヨタとタッグを組めば、環境に負荷を与えるガスは排出させずに出てくるのは水だけというクリーンな燃料である水素を利用したロータリーエンジン車の量産化は夢物語ではなくなります。

ロータリーエンジンを発電に用いるレンジエクステンダーを搭載したEVの今後の発表が期待

東京モーターショー2019でマツダは、ロータリーエンジンを発電に用いたレンジエクステンダー技術を搭載したEVを発表するのではないかと噂されていました。

2019月10月23日に世界初公開された量産型EVである「MAZDA MX-30 (エムエックス サーティー)」が採用する電動化技術・e- SKYACTIV (イー・スカイアクティブ)がロータリーエンジンを発電用として導入しているのかについては、明らかにはされてはいません。

エンジンを発電用に利用してモーターで走行するe-POWERのテクロノジーが躍進の原動力となり、日産ノートは、2018年度の登録車販売台数No.1を記録しました。

低速域・加速時の燃費は悪いけれども一定の回転数で回り続けるのは得意で、低振動でコンパクト設計を可能とするロータリーエンジンは、発電用のエンジンには向いています。

トヨタとマツダは業務提携で、両社が電気自動車を共同開発していく事に関して合意しています。今後は、マツダのロータリーエンジン技術を積極的に電気自動車の開発に導入していくものと予想されています。

ロータリーエンジンは灯油でも動く可能性もあるが問題もある

「コスモスポーツのロータリーエンジンは灯油でも動いた」「自分も灯油を入れて試してみたが、出力が弱まって、白煙が噴いた」など、ロータリーエンジンが灯油でも動くという可能性を示唆する事例が報告されています。

ロータリーエンジンが灯油でも動くという噂が広がった理由には、同エンジンの研究開発に関わったマツダの技術者であった室木巧が執筆した『灯油で運転できる「新型ロータリーエンジン」』も深く関わっています。本文中には、スパークプラグの替わりにグロープラグを設置すれば、ロータリーエンジンを灯油で動かす事も可能であると読み取れる内容が記載されています。

ガソリンは引火点(火のつきやすさを示す数値)が低く・揮発性は非常に高いため、常温で燃えやすいという性質を備えている燃料。一方の灯油は揮発性が低く・引火点は高いので、常温では燃えにくくて扱いやすい理由から、暖房機に用いられる機会の多い燃料です。

ガソリンと灯油は課されてくる税金の面でも大きな違いがあります。ガソリン価格には、石油税・ガソリン税・消費税が含まれていて、価格の半分近くを占めています。灯油価格に含まれている税金は石油税と消費税です。

ディーゼル車に軽油ではなくて灯油を燃料として利用していたドライバーが、地方税法上においての違反行為にあたるとして脱税容疑で逮捕されたケースが過去に多数発生しています。

そのため、ロータリーエンジンにガソリンではなくて灯油を入れた場合には、仮に動いたとして脱税となってしまう恐れがあるので注意しましょう。

ロータリーエンジンをパワーユニットとして搭載するRX‐9の誕生を期待

生産終了となってから20年近くが経過しているのに「RX‐7」が未だに多くの車好きの方達から愛されている理由には、同車がロータリーエンジンを搭載していて、レシプロエンジンでは体感できないパワフルかつバランス性に優れた刺激的な走りを楽しめる車であった事が大きく関わっています。

ロータリーエンジンは、EVに搭載して発電に用いるレンジエクステンダーとして復活する可能性の方が高いですが、優れた環境技術と走行性能を融合させた進化したロータリーエンジンをパワーユニットとして搭載したピュアスポーツカー「RX‐9」の誕生も強く期待しています。