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直列4気筒エンジンの特徴!どんな音?搭載車を日本車/外車の車種からそれぞれ紹介!

直列4気筒エンジンは自動車用エンジンとしてもっとも普及している形式のエンジンです。

もともと中、小型車向けのエンジンでしたが、なんと現在は大型高級車にまで搭載されるようになり、その汎用性はさらに向上しています。

いったい直列4気筒エンジンの何がそこまで使われる理由になったのか、今回は直列4気筒エンジンについてご説明していきます。

直列4気筒エンジンとは

BMW 直4エンジン

直列4気筒エンジン(以下直4エンジン)は、ピストンが4個一直線に並んだ形式のエンジンで、一般的に立てて使用されるので直列エンジンと呼ばれています。

エンジンの形式としてはシンプルな構造であり、多気筒エンジンの代表格でもあります。

そんな直4エンジンは自動車用として幅広く使われているのですが、それは次のような特徴をもっているからなのです。

直4エンジンは”ちょうどいい”

自動車の開発を行う場合、車のサイズや重量、使われ方などからエンジンの排気量を決めるのですが、大衆車の場合おおむね1.0L~2.5Lあたりがもっとも活用される排気量です。

小型のコンパクトカーでは1.2L~1.5Lぐらい、中型セダンで1.5L~2.2L、ミニバンなどで1.8L~2.5Lぐらいが必要な排気量なのですが、これに合致するエンジンとして直4エンジンというのはとてもちょうどいいサイズなのです。

自動車用エンジンの排気量は1気筒あたり500cc~600ccまでが効率がよいとなっており、それ以上の排気量ではさまざまなフリクションロスが多くなって非効率になるからです。

そこから直列4気筒であれば最大2.0L~2.4Lぐらいまではカバー範囲であり、大衆車用エンジンとして活用できるわけです。

排気量の小さい方では軽自動車用の660cc直4エンジンなどもありますし、小型から中型まで幅広くカバーできるのが直4エンジンです。

なお大型トラックなどに使われるディーゼルエンジンでも直4エンジンがありますが、ディーゼルエンジンの場合はガソリンエンジンと燃焼形態が違うため、1気筒あたり1,000cc以上のエンジンも存在します。

今回は基本的に乗用車用ということでトラック用は除外します。

直4エンジンの振動

エンジンはその形式によって振動の発生メカニズムが違い、それぞれ独特な振動やエンジン音を発生させます。

直4エンジンの場合は乗用車用として必要十分な低振動なのですが、最高の低振動エンジンである直6エンジンほどの域にはなく、そこそこという評価がついて回ります。

直4エンジンは、そのサイクルの中で各気筒の点火順序を1-3-4-2、もしくは1-2-4-3とすることでもっともスムーズな回転をすることができ、振動も低減できます。

これにより1次振動と呼ばれるエンジン回転数と同周波数の振動は打ち消しあってなくせるのですが、2次振動という倍の周波数成分は消すことができず、これが元で直4エンジンに独特の振動と音が生まれます。

ただ直3エンジンやV6エンジンで発生する偶力というエンジンをすりこぎのように回転させる振動は、直4エンジンでは発生しません。

2次振動による雑音は運転席に座っていても結構聞こえてくるものであり、直4エンジンがうるさいと言われる原因にもなっています。

そのため振動を打ち消すためにバランスシャフト(サイレントシャフトとも)という部品を使う場合があり、エンジンと逆回転するシャフトの動きで振動をキャンセルしようとするものです。

バランスシャフトを使うと確実に振動は減りエンジン音も静かになるのですが、直6エンジンほど完璧には取りきれないので一部どうしても残ってしまいます。

またバランスシャフトは振動を低減すること以外の働きを持ちませんので、シャフトを稼働させることによるパワーロス、燃費の悪化、重量増などのデメリットもあります。

直4エンジンの音の悪さは昔からの課題ですが対処にはコストがかかり、バランスシャフトも高級車にしか使いにくい技術です。

高級ミニバンやセダンなどの直4エンジンには採用されることが増えてきましたが、コストが厳しいコンパクトカーでは直4の振動や音の問題はある程度許容されるしかないのです。

他形式との違い

直4エンジンは自動車用としてもっともよく使われる形式のエンジンですが、ほかにも車やバイクで使われる形式としてはV6エンジンや並列4気筒エンジンというものもあります。

これらの違いを簡単にご紹介しましょう。

まず並列4気筒エンジンですが、これはおもにバイクで使われる形式で、自動車では使われません。

その理由はこの形式は簡単に言えば直4エンジンを横に90°回転させただけの形式で、バイクのような上下に制約のあるものに搭載しやすく、車のように上下方向にスペースのあるものには不向きだからです。

エンジンの特性や振動などは直4エンジンと全く変わらず、ピストンが横向きに一直線に並んでいると考えればよいでしょう。

ただ直4エンジンをそのまま横倒しにしてもオイルパンなどは対応できないので、並列4気筒エンジンとしての設計も必要です。

次にV6エンジンですが、乗用車用エンジンとしては直4エンジンの上位機種にあたるもので、2,500cc以上の中、大型車に採用されます。

直4エンジンでカバーできない排気量の場合に5気筒、もしくは6気筒が必要になりますが、直列形式のままで気筒数を増やすとエンジン全長が長く搭載性が悪いので、ピストンをV字に3気筒ずつ配置したV6エンジンが登場してきます。

おなじ6気筒でも直6エンジンの約半分の長さで済むので搭載性が世く、直4エンジンと比べても長さが短いのはメリットです。

しかしその分エンジンの横幅が広くなるので、エンジンルーム内での体積という意味では直4エンジンより大きくなります。

V6エンジンは直4エンジンとほぼおなじスペースで搭載できるので同一車種のエンジンバリエーションに選びやすく、エントリーモデルは直4、上級モデルはV6という使い分けがされてきました。

V6のほうが振動も少なく静かでパワーも出るのですが、燃費に関しては一歩劣るといった感じの差別化ができています。

しかし近年はダウンサイジングターボという流れが世界的にきており、直4エンジンであっても過吸機とエンジンの効率化によってそれまでのV6エンジン並のパワーとトルクを出せるようになりました。

そのためV6エンジンを直4エンジンで置き換える流れが加速化しており、また直4エンジンは直3エンジンで置き換えられるなど、排気量の低減による軽量化と燃費向上がブームです。

そのため直4エンジンの重要性はかつて以上に高まっているということができ、今後も直4エンジンが自動車用エンジンの主流に君臨し続けるでしょう。

直列4気筒エンジンの音

直4エンジンの音については誰でもかなりの頻度で聞いているのですが、「車のうるさい音」というイメージで慣れてしまっているので普段はあまり気にならないと思います。

しかし他形式、とくに振動がもっとも少ない直6エンジンと比較してみると直4エンジン独特の音がわかりますので、Youtubeの動画で比較してみましょう。

この動画ではちょうど直4エンジンと直6エンジンのエンジン音を比較していてわかりやすいです。

動画で右の車は2.0L 直4 NAエンジンを搭載したBMW E90320iで、左は2.0L 直6 NAエンジンを搭載したトヨタ マークⅡX110型です。

メーカーも違い、またマーク2はマフラーが交換されているということでイーブンな比較ではありませんが、直4エンジンと直6エンジンの音としてはうまく比較できていると思います。

動画の最初は直4エンジンで、よく街中で聞こえてくるドドドドという振動音が特徴的です。

アクセルを踏み込んで離したときのガラガラという音は別の音だと思いますが、吹け上がりも直4の特徴をしっかり聞けると思います。

それに対して直6エンジンはアイドリング時から音が澄んでおり、あまりドドドドという振動音が聞こえてきません。

またアクセルを踏んでもその滑らかさは持続しており、直4エンジンとは全く違うものということがわかりますね。

直列4気筒エンジンのメリット・デメリット

直列4気筒エンジンには他の形式と比べるとメリット、デメリットがいくつかあります。
振動のこともその一つです。

直4エンジンのメリット

直4エンジンのメリットは前述したコストの低さがひとつありますが、それについてもう少し詳しくご説明しましょう。またそれ以外にもメリットがあります。

直4エンジンのコスト

直4エンジンとV6エンジンを比較した場合、直4エンジンは構造が簡単でコスト的なメリットがあります。

V6エンジンは直4エンジンよりコンパクトにまとまってはいるのですが、Vバンクがあるので各バンクにそれぞれ動弁系の部品が必要となります。

シリンダーヘッドやヘッドカバー、その内部にあるカムシャフトなどが、2セットずつ必要となり、V型エンジンはどうしても部品点数が多くなります。

また排気系も左右で別れますので、排気ガスを浄化する触媒が一つづつ必要となり、これもコスト増の原因です。

その点直4エンジンはシリンダーヘッドがひとつで済むので関連部品の部品点数が少なくて済み、また排気系も一ヶ所にまとめられることから触媒も減らせます。

ほぼ同排気量で考えれば、ピストンなどの数も直4エンジンのほうが少なくて済むので、V型エンジンより大幅に部品点数が削減できてコストメリットは大きいです。

それでも少し前まではV型エンジンには最高出力で直4エンジンより優秀というメリットもあったのですが、現在主流のダウンサイジングターボでは過給機によってパワーが向上しましたので、コストメリットのある直4エンジンの採用が増加しているのも頷けます。

同排気量で高トルク

さてV6をはじめとする6気筒エンジンと直4エンジンを2,000cc付近の排気量で比較したとき、トルクが出しやすいのはどちらでしょうか?

一見気筒数の多い6気筒エンジンのような気がしてしまいますが、実は直4エンジンのほうがトルクを出しやすいのです。

詳しく説明すると難しくなってしまうのでさわりだけご紹介しますが、同排気量で気筒数が少ないということは、直4エンジンのほうが1気筒あたりの排気量が大きいのでロングストロークエンジンとなり、6気筒に比べるとトルクの大きなエンジンになります。

それに対して6気筒ではピストンが小さくなってショートストロークエンジンとなり、高回転で出力を出しやすいエンジンになるというわけです。

同排気量のV6と直4エンジンのスペックを比べてみると、最高出力ではV6が勝るので一見直4エンジンは非力に見えます。

しかしその出力が発揮されるのはエンジン回転数が高い時であり、日常的に使えるスペックではありません。

一方トルクは直4のほうが多少勝る傾向にあり、またトルクは低速から効いてきますので普段の加速がよく、走りやすいエンジンとなるのです。

ダウンサイジングターボエンジンでもこの特性がしっかり発揮されており、ターボによる出力向上もありますが、それよりもトルクの増かによる使い勝手のよさが向上することこそ、最大のメリットでしょう。

整備性がよい

これもV型エンジンと比較した場合のメリットなのですが、構造が複雑でスペースを使わない分、整備に活用できるスペースが多くメンテナンス性がよい特徴があります。

V6エンジンはVバンクが横に広がっていることからエンジン本体が結構なスペースを取ってしまい、Vバンクが邪魔をするのでエンジン本体への工具や手のアクセスがなかなか大変なエンジンです。

エンジンの整備はどうしても上からの整備が多くなりますので、シリンダーブロック回りなどの下回りは見えないぐらい狭いのです。

しかし直4エンジンに代表される直列エンジンは横方向にはエンジン本体部品がありませんので、比較的横方向はスペースがあります。

そのためエンジン本体へのアクセスはV型エンジンより容易で、メンテナンス性に優れているというメリットがあります。

近年は直4エンジン搭載車といってもエンジン以外のデバイスがかなり増えてしまい、エンジンルームは狭くなる一方です。

特にハイブリッドカーなどは最高に厳しい環境ではあるのですが、V6と比較した場合の直4のメリットは一応あるので、まだ直4のほうが優位性はあると思っていてもよいでしょう。

直4エンジンのデメリット

直4エンジンのデメリットの大きなものは前述した振動と音の問題で、この点はさすがに直6やV6エンジンにはかないません。

いくらバランスシャフトを使ってもエンジンが本来持つデメリットを完全に払拭できるわけではなく、動画にもあるように結構な差があります。

しかしそれ以外にも直4エンジンにはV6エンジンと比べた際のデメリットがあり、それはクランクシャフトの保持に関するものです。

V6エンジンのエンジン全長はボア径が一緒であれば直3エンジンと一緒で、直4エンジンより短く設計できます。

ということは直4エンジンのクランクシャフトはV6エンジンより長くなってしまい、クランクシャフトの捻りや保持に対して不利となるのです。

クランクシャフトが長いとシャフトの剛性を確保しなければ捻りに対して弱くなり、また長いシャフトを支えるためのベアリング回りも頑丈にする必要があります。

設計が悪いとクランクシャフトの捻りでレスポンスが悪化したり、シャフトの保持が不完全で振動が増加したりと影響は結構大きいです。

そのためクランクシャフト回りだけを考えればV6エンジンよりもシャフトの剛性確保で重量が増したり、ベアリングの部品点数が増えるのもコスト面ではデメリットです。

直列4気筒エンジンの評価・乗り心地

直4エンジンの評価はどうしてもV6エンジンとの比較が多くなるのですが、今回はその中でも新型で直4エンジンが搭載されたトヨタ クラウンでの評価をTwitterから集めてみました。

対照的なツイートが見られて賛否両論あるのがわかります。

直4クラウンは実用性高し

この方はこれまでV6のクラウンを何台も乗り継いでこられた方なのですが、新型の直4ターボエンジンにはおおむね満足されているようです。

のちほど詳しくご説明しますが、性能的には直4ターボエンジンは一世代前のV6エンジン並となっており、乗り味はかなりよいようです。

さらに税金は安くなり燃費もよくなったということで、実用性はかなり高まったと言えるでしょう。

直4クラウンはちょっと残念

この方は逆のご意見をもっておられる方で、クラウンに6気筒以外のユニットが乗るのはちょっと残念に思われているようですね。

この意見も個人的には理解でき、どうしても直4エンジンは実用一辺倒の中型車向けエンジンというイメージがあり、実際そうでもあります。

V6は高級車向けエンジンのイメージが強く、何より振動が少なく音も静かなので、高級車に直4のサウンドはちょっと残念と感じてしまいますよね。

クラウンなどの高級車は燃費などの実用性以外のラグジュアリー性も重要ですので、直4エンジンに反発がある人も少なくありません。

直列4気筒エンジン搭載車

それでは近年の直4エンジン搭載車を何台かご紹介しましょう。

先程のツイートにもありましたが、6気筒から直4へのダウンサイジングの流れが現在の主流ですので、それに関連した車種をご紹介します。

まずはトヨタ クラウンからいきましょう。

14代目トヨタ クラウン

トヨタ クラウン

クラウンといえば言わずと知れた日本者の高級車の筆頭格であり、世の中のお父さんたちの憧れだった車です。

現在はレクサスの勢いに押されがちではありますが、それでもクラウンという名前から来る期待感はかなりのものがあります。

クラウンは13代目までは長らく6気筒専用車であり、直6エンジンやV6エンジンが搭載されてきました。

しかし最新型の14代目からダウンサイジングターボの流れに乗って直4ターボエンジンがエントリーモデルとして登場し、前述のツイートにもあるように議論の的となりました。

14代目13代目
エンジン8AR-FTS 2.0L 直4
DOHC IC付きターボ
4GR-FSE型 2.5L
V型6気筒 DOHC
最高出力173kW(235PS)/
5,200rpm~5,800rpm
158kW(215PS)/
6,400rpm
最大トルク350N・m(35.7kgf・m)/
1,650rpm~4,400rpm
260N・m(26.5kgf・m)/
3,800rpm
車両重量1,590kg〜1,590kg〜

スペックを比較してみると新型の直4エンジンのほうが最高出力も最大トルクも向上しており、もはや排気量だけでは車の性能は図れなくなってきました。

排気量が少ないので燃費も向上しており、クラウンの車としての実用性は確実に上がっているのがわかります。

しかしながら振動や音についてはやはり直4エンジン独特のものになってしまっており、その点では6気筒に勝ることはありません。

クラウンという夢のある車種なので、実用一辺倒の仕様があるというのも複雑です。

ホンダ ステップワゴン

ホンダ ステップワゴン

クラウンとは逆にメリットだけが増加した例もご紹介しておきましょう。車種はホンダの売れ筋ミニバン、ステップワゴンです。

ステップワゴンはホンダの主力の中型ミニバンで、2.0L~2.4Lクラスの直4エンジンを搭載する車種でした。

しかし新型ステップワゴンではかなり排気量の少ない1.5L 直4ターボエンジンに変更となり、2.0L 直4エンジンはハイブリッドモデルにしか残っていません。

5代目4代目
エンジンL15B型:1.5L 直4
DOHC VTECターボ
R20A型:2.0L 直4
SOHC i-VTEC
最高出力110kW(150PS)/
5,500rpm
110kW(150PS)/
6,200rpm
最大トルク203N・m(20.7kgf・m)/
1,600rpm
193N・m(19.7kgf・m)/
4,200rpm
燃費17.0km/L~15.0km/L14.8km/L~13.6km/L

ステップワゴンの場合はダウンサイジングによって最高出力は据え置きとなりましたが、最大トルクは向上しており、何より1,600rpmという低回転からしっかり加速するのが大きく変化した点でしょう。

この特徴により前型車より確実に運転しやすい車になっており、乗り換えた人たちの評価もおおむね良好です。

また何より燃費の向上が顕著であり、これこそダウンサイジング化の大きなメリットと言えるでしょう。

また1,500ccということで自動車税のランクが一段階下がって維持費が安くなったことも大きな魅力になっています。ステップワゴンのダウンサイジング化は大いに成功したとみてよいでしょう。

BMWにも直4が増加中

BMW 1シリーズ

輸入車は国産車よりダウンサイジング化の流れが早く来ていますので、高級輸入車のBMWにも直4エンジン搭載が進んでいます。

BMWのセダン系列の車には1シリーズから7シリーズまであり、7シリーズはBMWの最上級車種です。

その7シリーズにも直4エンジンが搭載されるようになり、かなりの大型車でも直4エンジンで性能が満たせるようになっています。

BMWの直4エンジンはB48型 2.0L 直4ターボエンジンで、ボアストローク比も同じ1機種ですが、幅広い車種に展開する際に出力とトルクは何仕様かあります。

エンジン型式B48B20AB48A20AB48A20BB48B20B
最高出力135kW(184PS)/
5,000rpm~
6,500rpm
141kW(192PS)/
5,000rpm
or
141kW(192PS)/
4,700rpm~
6,500rpm
170kW(231PS)/
5,000rpm
or
170kW(231PS)/
5,200rpm~
6,000rpm
185kW(252PS)/
5,200rpm~
6,500rpm
or
190kW(258PS)/
5,000rpm~
6,500rpm
最大トルク290N・m
(29.5kgf・m)/
1,350rpm~
4,250rpm
280N・m
(28.5kgf・m)/
1,250rpm~
4,600rpm
or
280N・m
(28.5kgf・m)/
4,700rpm~
6,000rpm
320N・m
(32.6kgf・m)/
1,250rpm~
4,800rpm
or
350N・m
(35.7kgf・m)/
1,250rpm~
4,500rpm
350N・m
(35.67gf・m)/
1,450rpm~
4,800rpm
or
400N・m
(40.8kgf・m)/
1,550rpm~
4,400rpm
搭載車種1シリーズ
3シリーズ
4シリーズ
5シリーズなど
2シリーズ
X1シリーズなど
2シリーズなど3シリーズ
4シリーズ
7シリーズなど

BMWといえばこれまで6気筒以上が主流のメーカーであり直4エンジンのイメージはなかったのですが、現在はラインナップのほぼすべての車種で直4エンジン搭載モデルがある状況です。

排気量などが同じとはいえ各車種でチューニングが施されていますが、最大サイズの7シリーズにまで直4モデルがあるのは驚きです。

5シリーズや7シリーズとなると車格に対して少々出力が低いですが、高いトルクがそれをカバーして運転はしやすいくるまになっていそうです。

メルセデス・ベンツやレクサスなども最上位車種への直4エンジンの搭載が進んでいます。

直4エンジンはもはや中、小型車向けのエンジンではなく、自動車のほぼ全領域をカバーできるほどのエンジンにまで進化しているという証でしょう。