「空気エンジン」とは異なります。
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空冷エンジン（くうれいエンジン）は、その冷却をもっぱら空冷によって行うレシプロエンジン。
分類

いくつかの分類があるが、ここでは自然空冷と強制空冷という分類について述べる。
自然空冷式
自然空冷式エンジンのオートバイ（ホンダ・CB400SS）シリンダー外部に取り付けられた冷却フィンに外気があたることによって冷却される。構造を軽量・簡易化できることから、発熱を走行風による冷却のみで発散可能と想定される場合に考慮されるものである。カウリング等のカバーで覆われていない（ネイキッド）オートバイに古くから利用されている。
強制空冷式
強制空冷式エンジンのオートバイ（スズキ・レッツ4）エンジン動力で冷却ファンを常時駆動し、外気をエンジンの冷却フィンに当てることで冷却効率を高める方式。多くの場合、エンジンのシリンダー・ヘッド周囲の冷却フィン周りを導風板（シュラウド）で包み、ここに送風ファンで外気を押し込むか、排気ファンで過熱した空気を吸い出すことで、強制的に冷却する。自然空冷式よりも複雑な構造となるが、エンジン回転中である限り常に強制冷却が行われる長所がある。走行風を期待できず、自然空冷にするともっぱら自然風と対流頼みとなってしまうような、農業動力・携帯発電機その他多種の定置エンジンでもこちらの方式とする。乗り物類でも、エンジンルームの通風があまり良くない場合や、乗用車が一般道を走る場合のように、頻繁に移動が止まるといったような要素が考慮される。かつての多くの自動車や（その後自動車はほぼ全て水冷化された）、現在では原付スクーター等に利用されている。強制空冷の強化によって水冷化が遅かった自動車の例としてはポルシェ911シリーズが知られる（車体後部に空冷エンジンを載せ、大きな軸流ファンで強制的に冷却した）。また日本国内の1970年代前半以前の軽自動車には、2ストロークの強制空冷式エンジンを載せているモデルが少なくなかったが、これらはスクーター等と同様に、シロッコファンを用いる事例が多かった。
特徴

空冷エンジンの特徴として、水冷エンジンに比べ構造が簡単でコストが安いため、二輪車には昔から多く普及している。その反面、空冷式はエンジン表面を流れる空気が冷却の要になるため、風を受けていない（停車したままの長時間にわたるアイドリングなど）状態が続くと、熱ダレやオーバーヒートの可能性がある。エンジンオイルも重要な冷却要素となり、両者の冷却バランスを図ることで、初めて安定した性能のエンジンとなる。

自動車用では冷間時と温間時、軽負荷時と高負荷時などの運転状況の変化に対して、全域での燃焼（温度）管理が難しく、排出ガス規制への対応が非常に難しい。さらに、温度変化の幅の大きさは、シリンダー、ピストン間の、熱膨張によるゆとりや真円度の変化にまで及ぶため、それなりの設計と対策が必要となり、高性能化には多くのコストがかかる。

廃熱をヒーターなどで有効利用することが水冷エンジンに比べ難しい。得られる熱気の温度にムラがあったり、オイルや排気の匂いが混じる。ガス中毒のリスクもある。

空冷エンジンは熱を発散する表面積を増やすためにシリンダー及びシリンダーヘッドに蛇腹状のフィンが付いている。そのため、体積と表面積のバランスから大排気量では、冷却ファンを含めたスペース面で空冷エンジンは不利で、小型エンジンの方が適している。

これらの総合的な特性から、強制空冷方式は比較的小排気量の汎用エンジンにおいて、引き続き主流の技術として用いられている。環境対策面から4ストローク式が一般的であるが、小型軽量で連続高回転・高負荷稼働を強いられる刈払機・チェーンソー等の動力に用いられる汎用エンジンは、熱効率や騒音、排気ガス問題をある程度度外視しても小型であることを最優先する必要があるため、いまだ強制空冷式2ストロークエンジンが主流である。

自動車用では一時は強制空冷式が隆盛を誇ったものの、騒音や排気ガス対策問題に代表される時代の流れに対応できず、20世紀末期までにマイクロカー以外ではほぼ姿を消した。二輪車においては自然空冷、強制空冷とも2010年代でも相当な比率を占めるが、極小の50ccクラスに水冷モデルが出現するなど、やはり環境対策問題から市場情勢にも変動が生じている。そのためメーカーでは部分的に水冷・油冷を組み合わせることで、空冷の存続を図っている。
自動車1976年式ポルシェ・911 ターボ カレラ。空冷水平対向6気筒ターボエンジンを搭載。1968年式ホンダ・RA302。空冷V型8気筒自然吸気エンジンを搭載。実戦は1戦のみだった。

水冷同様、ガソリンエンジンとディーゼルエンジンとが存在する。ガソリンエンジンは、第二次世界大戦後ブームとなった事もあり、数多くの採用例が存在する。

アメリカでは主流とならなかったが、1902年創業のフランクリン社は1934年まで空冷エンジン自動車を生産したことで知られている。創業者はダイキャストという言葉を作り、それ以前にはダイキャスト事業をおこなっていたハーバート・フランクリンである。不凍液の登場までは、寒冷となる地域ではコールドスタート性能に優れた空冷エンジンが大きな優位性を持っており、いかなる天候時でも車に乗る必要があった医者の往診用車両として重用された。1905年には直列6気筒エンジンも製作している。

ヨーロッパでは、1924年から空冷エンジン車を手掛けるようになったチェコのタトラの影響が大きく、その後フォルクスワーゲン・タイプ1、タイプ2やポルシェ356がリアエンジンと空冷エンジン方式を採用した。

さらにフォルクスワーゲンの成功からフォロワーが多く現れ、一時はGMやトヨタさえもが手がけるなど、第二次世界大戦後の大衆車ではリアエンジンと並び、空冷エンジンは流行の機構構成となった。

またリアエンジン以外では、フランスのパナールやシトロエンが1940年代後期以降、FFとの組み合わせで、水平対向エンジンを前車軸前方にオーバーハングさせるレイアウトを、小型車に採用している。

各メーカーとも簡単な構造で低コストである空冷のメリットを生かすべく、駆動方式はRRかFFが一般的であり、GMも無理をしてその流行に乗ったほどであった。トヨタは等速ジョイントの信頼性への不安、および操縦安定性への不安からFF化およびRR化に非常に慎重であり、初代パブリカと、その派生車であるスポーツ800、ミニエースをFRレイアウトとして発売した。