直列3気筒直列4気筒メリットデメリット比較燃費

直列3気筒と直列4気筒の違い

直列3気筒エンジンの基本構造

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直列3気筒エンジンは、3つのシリンダーを一列に配置した構造を持つエンジンです。各シリンダーが240度の間隔で爆発するため、直列4気筒とは異なる独特のリズムで動作します。この構造により、エンジン全体の全長を短縮でき、コンパクトな設計が可能になっています。
参考）直列4気筒・直列3気筒エンジンの違いとそれぞれのメリットは？…
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軽自動車や排気量1.5リッター以下のコンパクトカーに多く採用されており、近年では世界的な自動車メーカーが積極的に採用を進めています。BMWの1シリーズやMINI、フォルクスワーゲンのTクロスやポロ、トヨタのヤリスなど、幅広い車種に搭載されています。
参考）モーターファン・イラストレーテッド（MFi） vol.174…
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同じ排気量の直列4気筒エンジンと比較すると、1気筒あたりの排気量が大きくなるのが特徴です。例えば総排気量1600ccの場合、4気筒では1気筒あたり400ccですが、3気筒では約533ccとなり、1.3倍の燃焼圧が得られます。
参考）軽や小型車に直列3気筒エンジン採用車が多い理由│おもれんブロ…
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直列4気筒エンジンの基本構造

直列4気筒エンジンは、4つのシリンダーを一列に並べた構造で、自動車用エンジンとして最も一般的な形式です。クランクピンは180度ごとに配置され、点火順序は1→3→4→2または1→2→4→3で、クランクシャフトが180度回転するごとに1気筒ずつ爆発します。
参考）直列3気筒と4気筒の違いとメリット
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後輪駆動用の縦置きでも前輪駆動用の横置きでも使用できる汎用性の高さが特徴です。一般的な乗用車からスポーツカーまで、幅広い車種に採用されており、エンジン技術として成熟しています。
参考）エンジンの仕組みを知るための、シリンダー配列による性能の違い…
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ただし、直列4気筒で問題となるのが2次振動です。これは上下運動するピストンスピードに変化があらわれ、クランクシャフト回転数の2倍の周波数を発生する振動で、コンロッドの傾きにより1、4と2、3のピストンスピードが異なるために起こります。この振動を抑制するために、多くの車種でバランスシャフトが採用されています。
参考）バランスシャフト - Wikipedia
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直列3気筒と直列4気筒の構造上の相違点

エンジン全長の違いは、車両設計における自由度に大きく影響します。仮に排気量が同じ場合、ボアの広さで多少大きくなるものの、気筒数が1つ少ない直列3気筒の方が、エンジン全長を大幅に短縮できます。これはエンジンのレイアウトの自由度が向上することになり、スポーツ性能を追求するモデルでは大きなメリットとなります。​
部品点数においても違いがあり、直列3気筒は1気筒分の部品が少なくなるため、製造コストの削減につながります。設計を含めた製造の合理化も、3気筒エンジン採用の大きな理由の一つです。
参考）【くるま問答】世界のコンパクトカーが直列3気筒エンジンを搭載…
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振動特性の違いも重要なポイントです。一般的に、4気筒エンジンでは主に上下方向の二次振動が問題となりますが、3気筒エンジンは異なる振動特性を持っています。4気筒エンジンでは2気筒がセットになって動くため比較的音と振動を抑えられますが、3気筒エンジンでは着火した1気筒に対して残りのシリンダーはそれぞれ上昇途中、下降途中という別の動きをするため、エンジン全体をひねるような力が働き、特有の振動が起こります。
参考）https://www.esquire.com/jp/car/car-feature/a64870492/all-about-3-cylinder-engine/
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直列3気筒エンジンの燃費性能とトルク特性

直列3気筒エンジンの最大の強みは、優れた燃費性能です。同じ排気量で気筒数が少ないと、シリンダー内の冷却効果が下がるためエネルギーロスが少なくなり、燃費向上が期待できます。これが世界的にCO2排出規制が厳格化する中で、3気筒エンジンの採用が急増している大きな理由です。youtube​​
トルク特性においても、3気筒エンジンは優位性を持っています。一般にガソリンエンジンは同じ排気量なら、気筒数が少ない方がトルクが太くなります。日常の運転には最大トルクが大きく関係し、最大トルクを低い回転数で発生できる動力ユニットを搭載すれば、俊敏で加速の良い車両になります。​
市街地走行では3気筒エンジンが特に有利で、低回転域でのトルクの高さが効果を発揮します。高速道路走行では4気筒エンジンも追従しますが、高回転域での安定性が寄与する形となります。​
トヨタが新型ヤリスで直列4気筒から直列3気筒へスイッチを断行したのも、この燃費とトルク特性のメリットを重視したためです。M15A型1.5L直列3気筒エンジンは、今後の同社の主軸エンジンとして位置づけられています。​

直列3気筒エンジンの振動と音の課題

直列3気筒エンジンの大きなデメリットは、振動と音が大きいことです。4気筒エンジンでは2気筒がセットになって動くため比較的音と振動を抑えられますが、3気筒エンジンでは特有の振動が発生します。
参考）3気筒エンジンがうるさいのは過去の話？！ 品質重視の欧州車で…
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3気筒エンジンでは、着火した1気筒に対して残りのシリンダーはそれぞれ上昇途中、下降途中という別の動きをします。その際にエンジン全体をひねるような力が働いて、特有の振動が起こります。エンジンが揺れるとトランスミッションや車体も少なからず振動するため、3気筒エンジン搭載車は不快な振動や音が大きくなってしまう傾向がありました。​
ただし、これは過去の話になりつつあります。近年の3気筒エンジンは、振動対策技術が大幅に進化しており、かつての「安っぽい」というイメージを払拭しています。特に欧州メーカーは品質重視で3気筒エンジンの開発を進めており、乗り心地の向上に成功しています。
参考）ネガなイメージを払拭する！ ３気筒でも魅力的なエンジンを搭載…
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音の特徴としては、3気筒特有の「軽い音」が気になるという声もあります。しかし、最新の3気筒エンジンでは遮音材の改善や振動抑制技術の進化により、この問題も大幅に改善されています。
参考）もう「安物」なんて言えないぜ!! 　最近「3気筒エンジン」が…
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直列4気筒エンジンの特性とバランスシャフト

直列4気筒エンジンの特徴は、比較的バランスの良い設計が可能なことです。しかし完全にバランスが取れているわけではなく、2次振動の問題が存在します。
参考）直列4気筒エンジンの全て！メリットとデメリットを徹底解剖
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2次振動とは、エンジンが動作する際に発生する振動の一種で、シリンダーの往復運動が同期して発生するため、スムーズな運転に若干の影響を及ぼします。この振動が完全にはキャンセルされないことが問題で、特に高回転域では振動が顕著になる場合があります。​
この振動を抑制するために、多くの直列4気筒エンジンにはバランスシャフトが採用されています。バランスシャフトとは、クランクシャフトの2倍の回転数で回転する重り付きのシャフトで、2次振動を打ち消すための装置です。
参考）直列４気筒エンジンのバランサの構造 : よこやま夫婦（夫）の…
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バランスシャフトを採用することで、直列4気筒エンジンは8気筒並みの静粛性が得られるとされています。ただし、バランスシャフトの追加により部品が増えるため、整備面での負担が増したり、駆動力の一部が必要になったりするというデメリットもあります。
参考）バランサーシャフト
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水平対向エンジンの場合には向かい合ったピストンとコネクティングロッドがお互いの振動を打ち消し合うため、このような2次振動は発生せず、バランスシャフトは使用されません。​

GRヤリスに見る直列3気筒の進化

トヨタGRヤリスに搭載されている直列3気筒1.6リッター直噴ターボエンジンG16E-GTS型は、3気筒エンジンの可能性を大きく広げた存在です。日本仕様で1618ccの排気量から、最高出力272PS、最大トルク370Nmを発生し、3気筒エンジンとして世界最高レベルの出力を実現しています。
参考）最高出力272PS、新型車「GRヤリス」に搭載された直列3気…
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このエンジンの大きな特徴は、3気筒特有のメリットを最大限活用していることです。「3気筒は排気干渉がなく、ものすごくターボの効率がいい」とエンジニアが語るように、3気筒エンジンはターボチャージャーとの相性が非常に良いのです。​
TNGAエンジンの高速燃焼コンセプトに加え、軽量な運動部品採用によるエンジンの高回転化などにより、圧倒的な加速と気持ち良い回転数の伸びが感じられるエンジンとなっています。通常のヤリスに採用されている1.5リッターのM15A型エンジンとは、同じ3気筒エンジンではあるもののまったく別物として作られています。
参考）GRヤリスとヤリスの違いは？スペック比較や写真で違いを紹介｜…
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GRヤリスの成功は、直列3気筒エンジンが単なるエコノミーエンジンではなく、高性能エンジンとしても十分な可能性を持っていることを証明しました。従来の「直列4気筒から直列3気筒の時代へ」という言葉が現実味を帯びてきています。
参考）トヨタ最高峰のクルマ・・・GRヤリスの魅力を徹底解説！！～直…
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直列3気筒と直列4気筒の採用車種の傾向

直列3気筒エンジンは、主に軽自動車と排気量1.5リッター以下のコンパクトカーに採用されています。1気筒あたりの排気量は500cc前後が最も効率が良いとされており、この範囲で3気筒エンジンが最適な選択肢となります。youtube​
現在日本で生産されている軽自動車のほとんどが直列3気筒エンジンを搭載しています。また、ダイハツ ロッキーやトヨタ ライズには1L直列3気筒ターボエンジンが搭載され、トヨタ ヤリスの1.5L車では直列3気筒自然吸気エンジンが採用されています。​youtube​
欧州メーカーでも3気筒エンジンの採用が進んでいます。BMWは1.5L直列3気筒ターボエンジンを現行の1シリーズ、2シリーズとMINIに搭載し、フォルクスワーゲンもTクロスやポロに1L直列3気筒ターボを搭載しています。アウディでもQ2に搭載されるなど、プレミアムブランドでも3気筒エンジンが認められつつあります。​
一方、直列4気筒エンジンは幅広い排気量の車種に採用されています。コンパクトカークラスではメーカーによって3気筒と4気筒が混在していますが、2リッター以上のエンジンでは直列4気筒が主流です。ベンツは3気筒エンジンの振動や音などの質感面を懸念して採用しておらず、A180の1.3Lターボも直4を採用しています。
参考）4気筒エンジンてなんや！？｜モトーレン長谷川
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直列3気筒エンジンの今後の展望と技術革新

世界的にCO2排出規制が厳格化する中、直列3気筒エンジンの採用はさらに増加すると予想されます。燃費がよくCO2の排出が少ない車を開発することは非常に重要で、これが3気筒エンジン採用の最も大きな理由です。​youtube​
エンジンがコンパクトでレイアウトの自由が聞きやすいことから、ターボやハイブリッドなど様々な技術と併用してさらに燃費を向上できるのも強みです。スズキの新型スイフトに採用された新エンジンZ12E型は、従来の4気筒から3気筒化することで熱効率を高め、欧州の新環境規制Euro7やカーボンニュートラル燃料にも対応しています。
参考）スズキの新エンジンは3気筒化で燃費改善、ユーロ7やCN燃料に…
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振動対策技術も大幅に進化しており、かつての「3気筒は振動が大きい」というデメリットは解消されつつあります。最新の3気筒エンジンでは、精密な部品加工や振動抑制技術により、4気筒エンジンに匹敵する静粛性を実現しています。​
一方で、直列4気筒エンジンも進化を続けています。直噴技術、ターボチャージャー、多段ATの組み合わせにより、燃費とパワーの両立が図られています。高級車やスポーツカーでは依然として4気筒以上のエンジンが好まれる傾向があり、用途に応じた使い分けが進んでいます。
参考）https://www.esquire.com/jp/car/car-feature/a64621124/all-about-in-line-4-cylinder-engine/
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今後は、電動化との組み合わせも重要なポイントになります。3気筒エンジンのコンパクトさを活かしたハイブリッドシステムの開発が進めば、さらなる燃費改善が期待できます。youtube​​

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