直列3気筒エンジンはおもに1.5Lより小さい排気量の車に使われるエンジン型式で、近年その採用が急速に拡大しています。

一昔前は直3エンジンなんてほとんど見なかったのですが、どんな理由から採用が増えたのでしょうか。

今回は直列3気筒エンジンの特徴や採用理由などをご説明しましょう。

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直列3気筒エンジンとは

日産 NOTE 直3エンジン

直列3気筒エンジン(直3エンジン)は自動車用エンジンの基本である直列エンジンの一種類で、3個のピストンが一直線に並んだ型式のことを指します。

これまで自動車用のエンジンは直列4気筒エンジンが大半を占めていたのですが、ここ20年で一気に採用が広がり、とくにコンパクトカーや軽自動車など私たちと関わりの多い車種に搭載されるエンジンになっています。

採用が増えてきた理由は後程ご説明しますが、まずは直3エンジンの構造や特徴をご説明しましょう。

直3エンジンの構造

直3エンジンは基本的には直4エンジンの短縮版と考えることができ、1気筒少ない分軽量で小型のエンジンです。

直4と比較した際の構造的な特徴はあまりありませんが、性能面では大きく特徴がかわります。

直4より効率的な直3エンジン

これまで軽自動車やコンパクトカーは直4エンジンで生産されてきた歴史がありますが、エンジンの効率から考えると1気筒辺りの排気量は400cc~600ccぐらいが効率的といわれており、大きすぎるとフリクションロスが増え、小さすぎると冷却損失が増え、あまり効率の良いエンジンとはいえません。

直4で軽自動車用の660ccを作ると1気筒あたり165cc、コンパクトカー用の1.2Lエンジンでも300ccとなり、実際あまり効率的なエンジンではありませんでした。

その点直3エンジンでは1.2L~1.5Lクラスまで効率的な排気量で作ることができ、また気筒数が減ることでエンジン全体のフリクションロスも低減、軽量化の効果もあって燃費の向上に大きく貢献できます。

軽自動車用の660ccではまだ小さすぎるのですが、これより気筒数を減らすとまた別の問題があります。(後程ご説明します)

また気筒数が少なく1気筒あたりの排気量が大きなエンジンは高トルク型の特性を持っていますので、低速トルクの太い乗りやすい車にもなります。

私たちの一番身近な軽自動車やコンパクトカーはなにより燃費と乗りやすさが重要なので、直3エンジンは性能面で満足いくものに仕上がるのです。

ダウンサイジングターボの流れ

もうひとつ自動車業界における大きな流れが、エンジンのダウンサイジングターボ化の流れです。

これも年々厳しくなる燃費対策がおもな理由ですが、燃費をよくするためにそれまでより排気量の少ない小型エンジンを採用し、なおかつ過給機によって出力、トルクを出すというコンセプトです。

この流れは欧州メーカーを発端として世界的なトレンドとなっており、それまでV6エンジンが担っていた車種を直4ターボエンジンが、直4エンジン車種を直3ターボエンジンが置き換えるという流れになっています。

しかも出力やトルクもそれまでの上位エンジンと同等かそれ以上の性能を出しており、決して走行性能を犠牲にしたものではありません。

日本でもこの流れに乗るべくエンジンのダウンサイジングターボ化が進んでいることから、コンパクトカーや軽自動車のエンジンが直3エンジンに置き換わっているというわけです。

ですので現在の直3エンジンはほぼすべてがターボ付き、もしくはスーパーチャージャー、もしくは両方を組み合わせた過給エンジンとなっています。

直3エンジンの問題”振動”

これまでも直3エンジンの効率のよさは知られており採用もされてきましたが、一方で直3エンジンにはネガティブな印象を持つ人が多いことも確かです。

その原因はエンジンの発生させる振動と、それによって起こる音が問題で、一般的に直3エンジンのほうがうるさいといわれています。

直3エンジンの厄介者”偶力”

エンジンの振動はその型式によって大きく発生メカニズムが違っており、直4エンジンと直3エンジンでは振動形態もまったく異なっています。

直4エンジンにはどうしても解消できない2次振動と呼ばれる上下方向の振動があり、これは各気筒の爆発タイミングとクランクシャフトやコンロッドの回転タイミングで起きるものです。

しかし直3エンジンは実はこの2次振動は構造上キャンセルすることができ、上下左右の振動については直3エンジンのほうが構造上は少ないのです。

ではなぜ直3エンジンがうるさいといわれるかというと、上下左右の振動とは別の、エンジンをすりこぎのように回転させようとする偶力が発生してしまうからです。

直4エンジンでは4気筒をそれぞれ2つのペアにしてバランスをとることで偶力をうまくキャンセルできるのですが、3気筒となるとペアを作ろうとしても1番か3番気筒は孤立してしまうことになって、偶力キャンセルは構造上できないのです。

そのため直3エンジンでは偶力による振動および音が問題となり、直4エンジンよりあるところ耳障りな音が発生してしまいます。

なお偶力が発生するのは直3エンジンだけではなく、同じ奇数気筒の直5エンジンや、ピストンが斜めに配置される、V6、V8、V10エンジンなどにも現れます。

これらのエンジンは基本的な振動が直4や直3より小さいので、より偶力による雑音が問題になるのですが、バランサーシャフトと呼ばれる偶力をキャンセルするシャフトで対策を行っています。

しかしバランサーシャフトはエンジン動力の一部を使うため、燃費や出力に影響がある他、重量も増加してコストも増えるので、直3エンジンのようなコスト優先のエンジンではなかなか採用は難しいのです。

この音についてはのちほど動画などでご紹介します。

昔の3気筒は回し気味

もうひとつ3気筒がうるさいと思われている理由としてはエンジン回転数が比較的高かったことがあり、回転数が高くなればそれだけエンジン音は高くなってしまうからです。

気筒数の少ない3気筒では、4気筒と同じ出力を発生させようとするとエンジンの回転数を高める必要があり、その分振動は増加傾向にあります。

1990年以前のコンパクトカーや軽自動車にも直3エンジンはよく採用されていたのですが、どうしても喧しい、耳障り、という評価が多く、直4エンジン搭載の競合車にセールス上で負けていた歴史があります。

当時は軽自動車であってもハイパワー、高級化路線が一般的でしたので、直4エンジンのほうがそのニーズには合致していたわけです。

1990年以降で年々燃費に対する要求が高まっていても、効率のよい直3エンジンが普及しなかった背景にはこういった消費者のイメージがネックになっていたのです。

最新の振動対策

直3エンジンは振動と音に関して確かに問題があるエンジンなのですが、現在の直3ターボエンジンの搭載車に実際に乗って見ると思ったほどうるさくはありません。

その理由は2つあり、ひとつは低速トルクを重視したターボエンジンとなることで、比較的回転数をあげなくても出力の出るエンジンになっていること、もうひとつはアイドリングストップの採用増加のためです。

実はエンジンの騒音というのはアイドリング時に結構気になることが多く、走り出してしまうとロードノイズなどに紛れて気にならなくなります。(回転数をあげれば別ですが)

またアイドリング時にはエンジン本体のほかに、車の様々な部品が共振によって音を立てており、ほかに気になる音も多いのです。

しかし最近の車にはアイドリング時にエンジンを一時停止させるアイドリングストップという技術が一般的になってきており、もはやアイドリングの音というものが気にならなくなる時代になってきています。

再始動時にはまた音が復活するものの、全体的に見れば車は静かになったと言えるのです。

また前述した偶力への対策も進化しており、コストのかかるバランサーシャフトを使わずとも振動低減をするエンジンもあります。

フォード フィエスタに搭載された3気筒エンジンは、エンジン回転をスムーズにさせるためのフライホイールをあえてアンバランスに設計することで、エンジンの偶力を打ち消しあうことで静音化に成功しています。

また日産などでもクランクシャフトの回転をアンバランス化することによって、同様の効果を狙っています。

こういった設計ができるのはコンピューターによる解析や設計の予測精度が上がってきたからこそであり、昔の技術ではなかなか成功しなかったでしょう。

直列3気筒エンジンの音

直列3気筒エンジンの実際の音は結構街中で聞いているはずですが、注目して聞く人はあまりいないでしょう。

そこで今回は特徴的な音がわかる動画を2つご紹介します。まず最初は一般的な直3エンジンを積んだ車のエンジン音、排気音がわかる動画です。

この動画では国産車、海外車さまざまな車がありますが、全体的な音の特徴として、アイドリング時のガラガラ、ブルブルといった音が目立つと思います。

これこそが3気筒エンジンの特徴的な音であり、直4エンジンよりうるさいといわれる原因でもあります。

また次の動画は2014年の1.0L 直3エンジンが搭載されたフォード フィエスタです。

動画の1:00あたりから始まる走行テストで聞こえてくる音は、前の動画の音とは全然違う静かなもので、わずかに3気筒独特の音も混じるものの全体的に滑らかです。

フォードはとくに3気筒の振動対策を上手に行っており、もはやうるさいといわれた直3エンジンの面影はないのです。これこそが次世代の3気筒ダウンサイジングターボエンジンの実力です。

直列3気筒エンジンのメリット・デメリット

直3エンジンのデメリットである振動についてはすでにご説明しましたが、基本的に直3のデメリットはこれだけです。

ほかは直3エンジンにはメリットが多く、振動の問題が解決できれば採用が増えるのは当然なのです。

基本的な直3エンジンのメリットをご紹介しましょう。

小型軽量で搭載性に優れる

まず直3エンジンといえばそのサイズ自体が大きなメリットです。

直3エンジンの全長は直4エンジンより短く、またV6エンジンとほぼ同等です。

それでいて横幅はV6エンジンよりコンパクトなのでこれまでの主要エンジンより小型です。

ですのでどんな車のレイアウトにも搭載しやすく、またエンジン以外の他のデバイスも搭載しやすくなります。

近年はエンジンルームに搭載されるデバイスは増える傾向にあり、とくにその傾向が強いのはハイブリッドカーやレンジエクステンダーEVなどの電動システムを搭載した車です。

これらの車はエンジンルームに電動モーターや制御用のインバータなどを搭載する必要があり、エンジンルームの狭さには拍車がかかっています。

ハイブリッドカーで先行するトヨタも次期ハイブリッドカーには直3エンジンを搭載するといわれており注目されています。

また日産はコンパクトカーのノートにいち早く直3エンジンを搭載しており、e-powerと呼ばれる電動化モデルを実現するためにも大きな役割を果たしました。

この車については後程ご説明します。

また直3エンジンの小型軽量な特徴は重量削減にも大きな役割を果たしており、燃費向上に大きく影響する特徴でもありますので、今後重要性はますます増えてくるでしょう。

直4エンジン以上の効率

直3エンジンの効率のよさは前述で少し触れましたが、一説によると直3化で20%近くフリクションロスが減るといわれています。

フリクションロスの低減は直接燃費に良い影響を与えますし、冷却性能などの面でも良い影響があります。

直3エンジンはフリクションロスの最大の原因であるピストンが少ないのが大きな理由で、ほかにもクランクシャフトが短いことによるねじりの低減でも効率が上がっているのです。

この特性により同排気量でも直3エンジンは燃費を向上させることが可能で、前述の軽量化とも相まって車の性能も底上げしてくれます。

一応直3エンジンは直4エンジンより出力を出しづらいというデメリットもありますが、これは前述したダウンサイジングターボ化によりほぼクリアしており、直3エンジンの復権は効率的な車を作る上でかかせないものです。

直列3気筒エンジンの評価・乗り心地

直3エンジンの評価や乗り心地についてTwitterにいくつも投稿がありますので、参考にご紹介しましょう。

直3エンジンは思ったより快適

この方はBMWにのっておられるようですが、ハイパワー車であるM4に乗ったあとにミニバンの2シリーズに乗られたので、3気筒エンジンに不安があったようです。

しかし結果的には満足されたようで、直3エンジンのイメージである非力さとは無縁だったようですね。燃費も当然M4などよりよく、街乗りならば非常に有効なエンジンといえるでしょう。

VWの直3ターボもよく加速する

こちらはVWの新型ポロに乗られた方の評価ですが、加速がなかなか良好で乗りやすい車だったようですね。

直3エンジンはトルクを出しやすいので低速加速が優秀で、さらに踏み込めばターボによる加速感がプラスされてストレスなく走れます。

ポロも年々大きな車になって重量も増していますが、その車をしっかり引っ張れる性能が直3ターボエンジンにはあるようです。

直列3気筒エンジン搭載車

それでは直3エンジンを搭載した最新車種をいくつかご紹介しましょう。

日産 ノートE12

日産 ノート

ノートは日産のコンパクトカーで、いまではマーチよりも売れ行きのよい日産のメイン車種です。

初代から欧州を中心に評価の高かった車ですが、現行車である2代目から直3エンジンが搭載されました。

ノートの直3エンジンは自然吸気とスーパーチャージャー付き過給エンジンがあり、売り上げ的には圧倒的に過給エンジンが人気です。

FF仕様において前型のノートとの性能比較をしてみたので表をご覧ください。

ノート E12
スーパーチャージャー
ノート E12
自然吸気
ノート E11
エンジン HR12DDR型 1.2L
直3 DOHC スーパー
チャージャー
HR12DE型 1.2L
直3 DOHC
HR15DE型 1.5L
直4 DOHC
最高出力 72kW (98PS) /5,600rpm 58kW (79PS) /
6,000rpm
80kW(109PS)/6,000rpm
最大トルク 142N・m(14.5kgf・m) /
4,400rpm
106N・m
(10.8kgf・m) /
4,400rpm
148N・m(15.1kgf・m)/
4,400rpm
燃費 24.0km/L~25.2 km/L 22.6 km/L 18.2km/L~20.0 km/L

直3エンジン化で排気量が1.2Lに減っているものの、スーパーチャージャー仕様はスペックがほぼ据え置きで、ダウンサイジング化+過給機の効果がしっかり出ています。

自然吸気モデルはさすがに出力、トルクも劣りますし、なにより燃費がスーパーチャージャー仕様よりも劣ります。

価格は多少スーパーチャージャーのほうが高額なものの、性能も燃費も上となれば人気が出て当然です。

燃費に関しては前型の3割増しもの改善を見せており、直3エンジンがどれだけ効率的なものかがよくわかるでしょう。

また今回は簡単な説明にとどめますが、E12ノートにはe-powerという電動化モデルがあり、これは直3エンジンとモーターを組み合わせたハイブリッドカーです。

ハイブリッドといってもエンジンは発電のみを担当し、走行は専用のモーターで行うという独特なシステムです。

これによって走行感覚は完全に電気自動車であり、なおかつ電気自動車の弱点である航続距離もエンジンで補えるという車となっています。

燃費はなんと37.2km/Lを記録しており、コンパクトカーでもトップクラス、トヨタプリウスや、アクアに匹敵する車に仕上がりました。

エンジンと走行モーターの両方を狭いエンジンルームに押し込むのに3気筒エンジンの存在は不可欠で、全長の短いエンジンだからこそ実現できた車といえるでしょう。

ダイハツ コペン

ダイハツ コペン

コペンはダイハツの軽自動車で、なおかつ2シーターのスポーツカーという、非常に珍しい車種です。

紹介するかというと、コペンは軽自動車の中で最後まで直4エンジンが搭載されていた車種だからです。

軽自動車は早くから直3エンジン化が一挙に進行し、4気筒搭載の軽自動車は割と短期間でなくなりました。

コペンのような走行性能を重視する車では直4エンジンにも需要があり、2012年まで生産されていた初代コペンに搭載されていたのです。

しかし2代目コペンからは直3エンジンに変わりましたので、スペックの比較にちょうどいい車です。

コペン2代目 コペン初代
エンジン KF-VET型 658cc
直3 DOHC IC付ターボ
JB-DET型 659cc
直4 DOHC IC付ツイン
スクロールターボ
最高出力 47kW(64PS)/6,400rpm 47kW(64PS)/6,000rpm
最大トルク 92N・m(9.4kgf・m)/
3,200rpm
110N・m(11.2kg・m)/
3,200rpm
燃費 25.2 km/L 15.2km/L~16.0km/L

コペンのような軽自動車の場合、660ccという排気量制限からもともと1気筒辺りの排気量が大きくなく、直4から直3化での性能向上はあまり影響がありません。

コペンの直4エンジンはツインスクロールターボという性能の高いターボシステムだったので、11.2kgfという高トルクだったのですが、直3エンジンでは普通のターボに戻ってしまったので直3エンジンの特徴であるトルクの太さはこの場合数字に現れなくなっています。

しかし注目すべきはやはり燃費で、実に10km/Lもの燃費向上が達成されており、これはまさに直3エンジン化の成果といえるでしょう。

コペンのようなスポーツカーでは直4ターボの性能も捨てがたいのですが、初代コペンの燃費の悪さは以前から不評でしたのでそれに答えた形と言えるでしょう。

フォード フィエスタ

フォード フィエスタ

最後は輸入車から1台ご紹介しますが、記事の中で何度か触れているフォードのコンパクトカー フィエスタをご紹介します。

フィエスタは日本ではあまり知られていない車ですが、北米となにより欧州では絶大な人気を誇るコンパクトカーであり、性能のよいエコカーの一車種として評価の高い車です。

米国メーカーは燃費が悪いというイメージもありますが、フォードは小型車開発に力を入れていることもあり、欧州車に近い性能を獲得しています。

現行フィエスタは2008年に登場したモデルで、搭載された1.0L 直3ターボエンジン”EcoBoost”はイギリスで発表される「インターナショナル・エンジン・オブ・ザ・イヤー」に2年連続で輝くなど実力のあるエンジンとして評価されています。

フィエスタは現在日本にフォードの正規ディーラーがないので正式には販売されていませんが、一部の輸入車ディーラーが平行輸入という形で販売しているので手に入れることは可能です。

またフォードの正規ディーラーの撤退2016年ですので、それまでに発売されたフィエスタは中古車として手に入ります。

1.0 EcoBoost
エンジン SFJ型 997cc
直3 DOHC ターボ
最高出力 74kW(100PS)/6,000rpm
最大トルク 170N・m(17.3kgf・m)/
1,400rpm
燃費 17.7km/L

フィエスタの直3エンジンは1.0Lとかなり排気量は小さいのですが、スペックは非常に高く最高出力は100馬力を誇ります。

以前は1Lあたりの馬力が100馬力を越える車は超高性能車だったのですが、それは2Lや3L車での話でした。

それが直3エンジンで実現できているというのが驚くべきことであり、賞を獲得するのも当然といえます。

また最大トルクも17.3kgfと非常に高いものがあり、加速性能も素晴らしい車となっています。

前述のノートと比較してもフィエスタのスペックは突出したものがありますが、燃費だけはさすがにちょっと低いです。

しかし直3エンジンの性能が低く走りが悪いというのはもはや過去のことで、フィエスタのようなホットなモデルも十分可能なポテンシャルをもつエンジンが直3エンジンなのです。

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この記事を書いた人

佐藤茂道
佐藤茂道
某自動車メーカーのエンジン部門で開発経験あり。子供の頃から車雑誌を切り抜きし、高校ではオートバイ・車にどハマりする。就職する際に、某自動車メーカーを選び、仕事でもプライベートでも車漬けに。今は日産スカイラインR33が愛車。