转子发动机（Rotary Engine）又称为米勒循环发动机、汪克尔发动机，是由德国人菲加士·汪克尔（Felix Wankel）在1957年发明，转子发动机采用三角转子旋转运动来控制压缩和排放。转子发动机主要由前后端盖、转子、输出轴、缸体等组成。工作循环与四冲程往复活塞发动机相同，包括进气、压缩、做功和排气四个过程。

早在1846年，人们就已经画出了转子发动机工作室的几何结构，最终菲加士·汪克尔博在1957年研制成功。1967年，首款搭载转子发动机的马自达Cosmo Sport 110S跑车上市。

转子发动机具有结构简单、功重比高、运转平稳、噪音小、易于系列化等特点，广受航空、军事、汽车等领域的关注。

1846年，人们画出了转子发动机工作室的几何结构，设计了使用外旋轮线的第一辆概念发动机。但是，这些概念都没有实用化。

1951年，德国的菲加士·汪克尔与德国NSU公司签订了关于合作开发转子发动机的合约。

1954年4月13日，NSU公司研制成功第一台转子发动机，并于1958年对这种发动机展开一系列测试。

1960年，汪克尔转子发动机在德国工程师协会的一次讨论会上作首次公众讨论。三年后，NSU公司在法兰克福车展上展出了装备汪克尔转子发动机的新车型。

1961年，一向对新技术情有独钟的马自达花巨资买下了转子发动机的专利权，但当时他们从德国人手里接到的充其量也只是一个转子发动机的美好构想，所谓的原型发动机在经过短暂运转后便已接近报废。此时，被誉为“转子之父”的山本健一先生在公司里挑选了47名技术精英，着手对转子发动机的量产进行研发。

1964年，NSU公司和雪铁龙在日内瓦组建合资企业COMOBIL公司，首次把转子发动机装在轿车上成为正式产品。

1967年，日本东洋工业公司也将转子发动机装在马自达轿车上开始成批生产。当时业内人士认为这种发动机的结构紧凑轻巧，运转宁静畅顺，也许会取代传统的活塞反复式发动机。

20世纪70年代后期，美国莱特公司多种燃料转子发动机成功应用于小型飞机。1977年，莱特公司开始研制新一代水陆两用登陆车（LVA）动力。最终开发的4231 R型转子发动机，额定功率1103kW，总排量23.1L。

1984年以后， 美国约翰迪尔国际技术公司（JDTI）继承莱特公司全部技术及资产， 开发出了SCORE70、170、580等系列转子发动机。

1992年，国际汽车运动联合会宣布从1992年开始，除活塞发动机外，将禁止其它类型的发动机参加勒芒24小时赛。

2013年11月，马自达将小型化的转子发动机（排量0.33 L，功率19 kW），应用到增程式汽车Extender EV 上，用于车辆发电满足续航里程的扩展。

2023年6月，马自达宣布开始量产使用该公司在全球首次成功量产的转子发动机作为发电机的插电式混合动力车（PHV）“MX-30”，这是马自达时隔11年来再次量产转子发动机。

20世纪60年代，是转子发动机在中国蓬勃发展的时期，研制转子发动机的单位多达150多家，机型40余种排量。

20世纪70年代，石油危机爆发，转子发动机油耗高、排放差的弊病更加凸显，导致中国大多数转子发动机项目下马。70年代中期，全国只剩下几家单位仍在坚持研究转子发动机。其中，天津市内燃机研究所开发的TZ2110型汽油转子发动机搭载在天津牌载重货车上，满载状态下往返天津拉萨，安全行驶11000多公里。

20世纪80年代，中国研制的JZ211B型（117kW）转子发动机，GZ2-900型（90kW） 转子发动机以及GL2110型（59kW）转子发动机分别获得国家科技进步二等奖，部或省市科研成果一、二等奖。这标志着中国的汽油转子发动机技术已渐趋成熟。

90年代后， 中国开始研制第二代转子发动机-多种燃料转子发动机。 通过多年的研究，中国在分层进气燃烧组织、定子和转子保热镶块、自控保温热面点火系统等方面取得了重要科研成果。燃油经济性、废气涡轮增压、电控、排放以及密封系统结构改进等方面的工作还在进一步研究与探索。

进入21世纪，随着技术的不断发展以及各种新型燃料在转子发动机上的应用， 转子发动机的研究再次成为国内外学者的研究热点之一。由于中国转子发动机研制存在技术断档， 加之民用市场缺乏转子发动机的需求。因此，对转子发动机的研究较少， 仅有一些军方配套单位在进行转子发动机的研制工作。另外，一些高校承担着国家自然科学基金或国家重点基础研究发展计划等项目， 在某些关键技术领域进行了探索。但整体上，中国在转子发动机领域的研究明显落后于国外。

转子发动机的工作原理，转子和偏心输出轴在转动，进排气口的开启和关闭主要通过三角转子在缸体内的旋转和缸体上的进排气口位置来控制，因此转子发动机并没有复杂繁琐的配气机构，结构紧凑。气缸体、含有边封和角封等密封件的三角转子和前后端盖将气缸体内部的整体空间分隔成三个独立的密闭工作室。发动机在运转时，三角转子不仅绕主轴承中心公转，同时绕着自身的回转中心自转，三个独立的工作空间容积不断发生变化，在气缸内依次完成进气行程、压缩行程、作功行程和排气行程。由于三角转子内侧齿圈与输出轴上的外齿轮齿数比为3:2，因此转子与偏心输出轴的转速比为1:3,即一个工作循环，三角转子旋转360°，发动机输出轴旋转3 圈，为1080°，每个行程对应的输出轴旋转角度的理论值为270°。

当发动机缸体内三角转子的角B 顺时针转过进气口下端边缘时，工作腔AB 开始进气，此时，三角转子的角A 并未转过排气口上端边缘，转子发动机进、排气口连通，进、排气期重叠。三角转子继续沿着顺时针方向转动，工作腔AB的容积逐渐变大，如图所示，可燃混合气通过进气口不断地被吸入气缸。当三角转子角A 转过进气口上端边缘时，进气行程结束。理论上进气行程对应的输出轴旋转角度为270°，进气时间更长，充分利用进气的惯性提高发动机的充气系数，提高了转子发动机的性能。

当三角转子的角A 顺时针转过进气口上方边缘时，此时工作腔AB被完全封闭，压缩行程开始，如图所示。随着三角转子的转动，工作腔AB的容积逐渐减小，进入工作腔AB的可燃混合气受到转子与气缸体内壁面的挤压，可燃混合气的压力和温度不断上升，当转子自转180°，对应的输出轴转角转至540°时，压缩行程结束。

当三角转子转动至如图所示的位置时，相当于传统的往复式活塞发动机的上止点位置，此时工作腔AB的容积最小。工作腔AB内的可燃混合气处于高温高压状态，火花塞跳火点燃混合气，混合气迅速燃烧膨胀，由于转子发动机为特殊的偏心结构，燃烧气体所产生的膨胀压力作用在转子侧面，将三角转子推向偏心轴中心，三角转子内侧齿圈与输出轴上的外齿轮相啮合，从而带动输出轴旋转对外做功。

当三角转子的角B顺时针转过排气口下端边缘时，排气口打开，工作腔AB 开始排气行程，如图所示。随着三角转子的转动，工作腔AB的容积越来越小，废气被排除气缸。当角B转过进气口下端边缘时，进、排气重叠，利用新鲜混合气将废气扫出气缸。排气一直持续到三角转子角A 转过排气口上端边缘，此时，对于工作腔AB而言，排气口完全关闭，排气行程结束。

转子发动机由前后端盖、转子、输出轴、缸体及在转子内侧安装的齿圈和偏心轴上安装的齿轮组成。缸体内部空间被转子分成三个工作室，随着转子转动，这些工作室也在运动。其结构见下图。

三角形转子的轨道是用一个相位齿轮机构（包括安装在转子内侧的齿圈和安装在偏心轴上的齿轮）来规定的。其内侧齿圈和外齿轮的齿数比为3：2，转子与轴之间的转速比被限定为1：3，即转子转动一圈，偏心转动三圈。

燃料喷射系统的优点是可以更随意和精确地控制燃料供给量和喷射时间。燃料喷射型转子发动机可以进一步提高其整体性能和燃料经济性及净化尾气排放等。总的来说，转子发动机比往复活塞式发动机在选择喷射嘴位置、方向和喷射时间方面的自由面更大些。

分层进气型转子发动机作为一种有生命力的发动机目前正被积极地研究着，因为它通过在燃烧室内分布不同空燃比的混合物来满足诸如控制点火和燃烧、减少燃料消耗、进一步净化尾气和提高可操作性等要求。

压缩空气或混合物可以用来增压以得到更高的充气效率和更好的性能。这种增压系统在往复式赛车和大型柴油卡车发动机中得到了广泛应用。它可以使小排量的发动机在一定情况下得到与大排量发动机相同的性能。目前有废气增压系统和气泵系统两种增压方法。

多转子型转子发动机的优点是：一，通过增加总排量提高其性能；二，进一步减小扭矩波动；三，更易平衡惯性力和力偶；四，在总排量不变的前提下，通过降低轴承负荷和滑片速度来增加转子转速。通常认为两转子的转子发动机其性能与直列六缸往复式发动机具有相同的水平。

转子发动机的排量通常用单位气缸工作容积和转子的数量来表示。单位气缸工作容积指气缸最大容积和最小容积之间的差值；假设转子上的凹型燃烧室容积为ΔV，转子处于容积最大位置时的容积为Vmax+ΔV，转子处于容积最小位置时的容积为Vmin+ΔV，单缸排量Vh=(Vmax+ΔV)-(Vmin+ΔV)，发动机的排量=Vh乘以转子数。而压缩比是最大容积和最小容积的比值。

假设活塞式四行程发动机和转子发动机的压缩比相同，发动机气缸容积变化如图5所示。往复式发动机的进气过程转动180°，而转子发动机转动270°，因此，在发动机转速相同时，转子发动机一个进气过程所对应的曲轴转角大，进气过程时间历程长，为活塞式发动机的1.5倍，进气更加充分，确保了转子发动机输出更大的功率；较长的过程时间。扭矩波动较小，从而使运转平稳流畅。

转子发动机气缸内壁型线是双弧长短幅圆外旋轮线，是由一个嵌在转子上的内齿圈(动圆)围绕与其啮合的固定外齿轮(定圆)作纯滚动而创成的，如图所示。三角转子活塞的轮廓线是根据缸体型线来确定的。

转子发动机与往复活塞式发动机作功密度分布如图所示。由图可见，转子发动机与4、6缸往复活塞式发动机相比，其作功密度大。即双转子发动机拥有与六缸发动机等长的动力重叠时间但扭矩比同排气量活塞发动机的小。

在汽车领域转子发动机有着广泛的应用。德国NSU公司首次在汽车上应用转子发动机，推出成熟的产品Spider型号汽车。奔驰汽车公司经过多年的论证开发，研制出缸内直喷型转子发动机，并且将其应用在生产的C111车型上，整车最大功率可达206kW，在试验测试中汽车的最高时速为260km/h。奥地利李斯特内燃机及测试设备公司公司根据转子发动机结构紧凑和高功重比的特点对其进行开发，开发出使用电喷转子发动机作为增程器的AVL Pure Range Extender 装备在奥迪电动概念车A1e tron 上 ，整车最低燃油消耗率 可以达到 245g/kW/h汽车排放水平达到欧洲标准， 与使用纯电动模式行驶相比， 整车装配基于转子发动机的增程器延长续航里程达到200km。

美国Curtiss Wright公司对缸内直喷分层进气转子发动机的研究，开发出多款转子发动机产品成功应用于小型飞机上。美 国约翰迪尔公司 在Curtiss Wright公司研究的基础上相继研制开发出配置双喷嘴的SCORE70、170、580系列机型功率覆盖60~1678kW。

英国是将转子发动机应用于航空和军事领域最早和最为广泛的国家之一，Cubewano、AdvancedInnovative Engineering（UK）Ltd、UAV Engines LTD 以及ROTRON POWER LTD 等公司生产的转子发动机大量应用于无人机系统。享誉美国“陆军之眼”的“影子200”无人机和英国“守护者”（WK450 Watchkeeper）无人机均采用了英国UAV Ltd公司生产的AR系列转子发动机。

大型多种燃料转子机，主要用作发电机组和电传动战车备选动力。1995-1996年，RPI公司为美国海军陆战队研制登陆艇用的5缸580系列柴油转子发动机，功率2600hp(1938kw)，耗资950万美元。

转子发动机有几个优点，其中最重要的一点是减小了体积和减轻了重量。在运行安静性和平稳性两方面，双转子RE相当于直列六缸往复式发动机。在保证相同的输出功率水平前提下，转子式发动机的设计重量是往复式的三分之二。这个优点对于汽车工程师们有着无比的吸引力。特别是近年来。在防撞性(碰撞安全)、空气动力学、重量分布和空间利用等方面的要求越来越严格。

由于转子发动机将空燃混合气燃烧产生的膨胀压力直接转化为三角形转子和偏心轴的转动力，所以不需要设置连杆，进气口和排气口依+转子本身的运动来打开和关闭；不再需要配气机构，包括正时齿带、凸轮轴、摇臂、气门、气门弹簧等，而这在往复式发动机中是必不可少的一部分。综上所述，转子发动机组成所需要的部件大幅度减少。

根据研究结果，转子发动机在整个速度范围内有相当均匀的扭矩曲线，即使是在两转子的没计中，运行中的扭矩波动也与直列六缸往复式发动机具有相同的水平，转子的布置则要小于v型八缸往复式发动机。

对于往复式发动机，活塞运动本身就是一个振动源，同时气门机构也会产生令人讨厌的机械噪音。转子发动机平稳的转动运动产生的振动相当小，而且没有气门机构，因此能够更平稳和更安静的运行。

转子的转速是发动机转速的三分之一。因此，在转子发动机以9000rpm的转速运转时，转子的转速约为该转速的二分之一。另外，由于转子发动机没有那些高转速运动部件，如摇臂和连杆，所以在高负荷运动中，更可靠和更耐久。

由于转子发动机技术比较尖端，制作工艺要求比较高，成本相对活塞发动机要高很多。

这主要是转子发动机燃烧室的形状不太有利于完全燃烧，火焰传播路径较长，使得燃油和机油的消耗增加。而且转子发动机只能用点燃式，不能用压燃式，这就意味着转子发动机只能用汽油做为燃料。

活塞往复式发动机技术已经是十分成熟的技术，无论是设计、制造、维护都甲．已被人们认知。虽然其重量、体积、振动和噪声都高于转子发动机，但是在现在的民用车与之配套的底盘、车身、传动系统、发动机控制系统等构成车辆的主要部件也都是成熟的技术，不需单独开发，相应的搭配也较为容易。而相对转子发动机，要将其用于民用车上，就要重新开发用于搭载其的底盘、车身、传动系统等关键部件。这都无形增加了新车的设计制造成本和难度。

没有相对成熟汽车技术基础和制造技术作为铺垫，使转子发动机后期维护较为困难，现在的活塞往复式发动机的维护网络已经相当完善，而采用转子发动机后，各汽车企业要为其改造全球庞大的维护网络和配套的设施，让维修技术人员重新了解转子发动机并掌握其维护技术也是相当困难的，不像活塞往复式发动机已经没有了技术障碍。

随着科学技术的进步和发展,转子发动机存在的不足和技术难题已逐步得到解决或改进。为解决转子发动机机械负荷和热负荷不均匀问题，缸体中的水套采用不均匀布置方案，缸体强度设计时着重考虑机械负荷不均匀问题。为解决三角活塞的密封和润滑问题，采用具有自密封作用的结构形式，径向密封片的材料与气缸体的材料配对选择，如合金铸铁气缸体配用高温力学性能好,有自润性，耐磨损的氮化硅,端面密封条用合金铸铁或球墨铸铁制造，使密封性能得到改善。

为改善现代车用转子发动机的使用性能，在现代活塞式发动机上应用的先进技术，在转子发动机上同样得到了充分应用，如各种现代电子控制技术，废气涡轮增压及中冷技术，分层进气、稀薄燃烧技术等。使转子发动机的综合性能可以和活塞式发动机相媲美，某些方面甚至超过活塞式发动机。