フラット4エンジン

水平対向4気筒エンジンまたはボクサーエンジンとも呼ばれるフラット4エンジン^[1]は、共通のクランクシャフトの反対側に2列のシリンダーを備えた4気筒ピストンエンジンです。最も一般的なタイプのフラット4エンジンはボクサー4エンジンで、対向するピストンの各ペアは同時に内側と外側に動きます。

水平対向4気筒エンジンは一次および二次のバランスが完璧ですが、シリンダーヘッドが2つあるため、直列4気筒エンジンよりも製造コストが高くなります。エンジンの一方の端にあるピストンペアがTDCにあり、もう一方のピストンペアがBDCにある場合、ピストンの平面に二次的な不均衡な回転トルクパルスがわずかに生じます。TDCペアはBDCペアよりも大きなトルクを生成するため、正味の不均衡なトルクパルスはその差になります。TDCとBDCの慣性力の差については、「エンジンバランス」のセクションで説明されています。水平対向4気筒エンジンは1897年以来、特にフォルクスワーゲンとスバルによって自動車に使用されています。また、オートバイにも時々使用され、航空機で頻繁に使用されています。 セスナとパイパーは、世界で最も一般的な民間航空機であるセスナ172とパイパーチェロキーにライカミングとコンチネンタルの水平対向4気筒エンジンを使用し、多くの超軽量航空機とLSA航空機はロータックス912のバージョンを使用しています。

水平対向4気筒エンジンでは、対向するピストンの各対が同時に内側および外側に連続的に移動する。水平対向4気筒レイアウトの利点は、二次振動が完全（振動が最小限に抑えられる）、重心が低い、エンジンの長さが短いことである。水平対向4気筒エンジンは空冷をうまく利用しているが、空冷エンジンは同等の液冷エンジンよりも騒音が大きく、出力も低い。軽さが最も重要視される軽飛行機では、空冷が伝統的に一般的である。^[2]

水平対向4気筒エンジンの欠点は（直列4気筒エンジンと比較して）、幅が広いこと、シリンダーヘッドが1つではなく2つあることによるコスト増加、均等間隔の排気パルスを実現するために長い排気マニホールドが必要になることです。^[3]これらの要因により、水平対向4気筒エンジンよりも直列4気筒エンジンの方が自動車では一般的であり、より大きな排気量が必要な場合にはV6エンジンがよく使用されます。^[4]

ボクサー 4 エンジンで生成される等しく反対方向の力により、完全な二次バランスが実現します (直列 4 気筒エンジンによって生成される不均衡な垂直方向の力とは異なります)。そのため、ボクサー 4 エンジンは二次振動を低減するための バランス シャフトを必要としないため、排気量 2.0 L (122 cu in) を超えるエンジンに適しています。

ボクサーエンジンでは、クランクピンジャーナル間の距離により、各シリンダーは反対側のシリンダーからわずかにオフセットされています。このオフセットにより、わずかなロッキングカップルが発生しますが、^{[5] : 27}結果として生じる振動は通常、バランスシャフトを必要とするほどではありません。

4気筒以下のすべての4ストロークエンジンと同様に、パワーストロークのオーバーラップが不足しているため、フライホイールへのトルクの伝達が脈動し、クランクシャフト軸に沿ってねじり振動が発生します。^{[6]このような振動は、過度の場合は、}ハーモニックダンパーを使用して最小限に抑えることができます。

ボクサー 4 エンジンの典型的な点火順序は、左バンクのシリンダーが 1 つずつ点火し、続いて右バンクのシリンダーが点火するというものです (またはその逆)。点火間隔は180 度で均等に配置されます。従来、各バンクの 2 つのシリンダーからの排気は結合されており、その結果、不均一な排気パルスが発生し、特徴的な「フラット 4 のゴボゴボ」という排気音が発生していました。

もう一つの一般的な排気構成（2000年代半ばからスバルが使用しているものなど）は、排気パルスを最適化するために、点火間隔を360度ずらしてシリンダーをペアにすることである。^{[7] [8] [9]}この構成では、シリンダーを反対側のバンクに配置するために長い排気マニホールドが必要になり、排気音があまり目立たなくなる。

1900年、ベンツ社はベンツの1897年型「コントラ」フラットツインエンジンをベースに、初のフラット4エンジンを製造した。 ^[要出典]このエンジンはベンツのレーシングカーに使用され、20馬力(15kW)、排気量5.4リットル(330立方インチ)を発生し、ゲオルク・ディールが設計した。

ロンドンのウィルソン・ピルチャー社は、1901 年に水平対向 4 気筒エンジンを搭載した最初の自動車を発売しました。このエンジンは、水冷式でシャーシに縦置きされ、9 馬力 (7 kW) のパワーを発生し、排気量は 2.4 L (146 cu in) でした。当時としては珍しく、ボアとストロークは等しく、それぞれ 95 mm (3.7 in) でした。

1902年、バファム自動車には16馬力の対向4気筒エンジンが搭載されました。ハーバート・H・バファムは1903年から1907年にかけてマサチューセッツ州アビントンでバファムと呼ばれるアメリカ製自動車を製造しました。^[10]

以前からフラットツインエンジンを生産していたが、1926年のタトラ30はチェコの会社にとってフラット4エンジンを搭載した最初のモデルとなった。タトラは1920年代から1930年代にかけて、さまざまなフラット4エンジンモデルを生産した。

1936年のタトラT97は、リアエンジン、空冷水平対向4気筒、バックボーンシャーシレイアウト（後にフォルクスワーゲン ビートルに採用）の先駆けであり、同時期には無関係ではあるものの、フロントボクサー4気筒エンジンと後輪駆動を搭載したオーストリアのシュタイアー50が登場した。また、1936年には、イギリスのジョウェット社がモデルラインナップを水平対向2気筒エンジンから水平対向4気筒エンジンにも拡大した。ジョウェット社の水平対向4気筒エンジンの生産は、ジョウェット社のジャベリンサルーンとジョウェット社のジュピタースポーツモデルの生産が終了した1954年まで続いた。

最も長く生産された水平対向4気筒エンジンはフォルクスワーゲンの空冷エンジンで、1938年から2006年まで生産され、最も有名なのはリアエンジンの1938～2003年フォルクスワーゲン ビートルと1950～1983年フォルクスワーゲン トランスポーターに搭載されたものである。^[11]この空冷エンジンはポルシェによって設計され、1948～1965年ポルシェ 356、1953～1956年ポルシェ 550、1965～1969年ポルシェ 912、1969～1976年ポルシェ 914にも搭載された。1984年には、排ガス規制に準拠するため、フォルクスワーゲン ヴァッサーボクサーエンジンと呼ばれる水冷バージョンがフォルク​​スワーゲン トランスポーター（T3）に導入された。

1960年代から1970年代にかけて、空冷式のシトロエン フラット4 エンジン、水冷式のアルファロメオ フラット4 エンジン、水冷式のランチア フラット4 エンジン、水冷式のスバル EA エンジンなど、いくつかのメーカーがフラット4 エンジンを製造しました。

この時期に設計されたが、量産されることのなかった重要なエンジンが 2 つあります。1 つは、もともとモーリス マイナー用に 1947 年にアレック イシゴニスが開発したモーリス 800cc サイドバルブ エンジン、もう 1 つは、R5 車両研究プロジェクトの一環として 1966 年にクロード ヒルが開発したファーガソン 2.2 リッター SOHC エンジンです。

2000年までに、ほとんどのメーカーが水平対向4気筒エンジンを直列4気筒エンジンに置き換えた。注目すべき例外はスバルで、水冷式のスバルEJエンジンは、スバルWRXスポーツセダンとそのワールドラリーカー対応車でターボチャージャー付きの形で利用可能である。スバルが全輪駆動を採用したことは、水平対向4気筒エンジンを維持する要因であり、このエンジンの長さが短いため、全輪駆動コンポーネントをシャーシに取り付けるのに役立つ。^[12] 水平対向4気筒エンジンは直列4気筒エンジンよりも高価であるが、水平対向4気筒エンジンにより、スバルは2輪駆動からの追加コストをほとんどかけずに全輪駆動車両を製造することができる。^[12]

2012年、スバルFAエンジンの自然吸気バージョンがトヨタ86（「スバルBRZ」や「サイオンFR-S」とも呼ばれる）後輪駆動スポーツクーペに使用されました。 ^[13]このエンジンは水冷式で、ガソリン直噴式で、147kW（197馬力）を出力し、排気量は2.0L（122立方インチ）です。

2016年型ポルシェ・ボクスター/ケイマン（982）ミッドエンジン・スポーツカーは、自然吸気のフラット6エンジンからターボチャージャー付きフラット4エンジンにダウンサイジングされ、ポルシェとしては1970年代半ば以来初のフラット4エンジンとなった。このエンジンは排気量2.0～2.5L（122～153立方インチ）で生産され、最大365馬力（272kW）を発生する。^[14]何人かの評論家はボクスター/ケイマンのエンジン音が魅力に欠けると批判した。^{[15] [16] [17]}

4 気筒エンジンを搭載したほとんどのオートバイは直列 4 気筒エンジンレイアウトを使用していますが、シャフト ドライブオートバイでは水平対向 4 気筒エンジンもいくつか使用されています。

• 1938–1939ツェンダップ K800 (空冷式)
• 1974–1987ホンダ ゴールドウイング(水冷)
• 1955–1956ウーラー 500cc (空冷)
• 1981–1982 BFG 1300  [fr]、空冷式シトロエン水平対向4気筒エンジンを搭載。約450台が製造され、その4分の1がフランス警察によって購入された。^{[18] [19]}

軽飛行機では、ロータックス、ライカミング・エンジンズ、コンチネンタル・モーターズ、フランクリン・エンジン・カンパニーなどのメーカーが製造する、排気量6.4 L (390 cu in)までの水平対向4気筒エンジンが一般的に使用されています。

ラジコン飛行機用には、排気量40～50cc（2.4～3.1立方インチ）の水平対向4気筒エンジンがOSエンジンなどの企業によって製造されている。

最近の注目すべき水平対向4気筒航空エンジンは、サイドバルブ のベルギー製 D-Motor LF26である。^{[20]サイドバルブ形式は、燃焼室が高エンジン}回転数の妨げになるため、ほとんどの自動車用途では長い間使用されていなかったが、非常にオーバースクエア（1.295:1）のD-Motorは、非常にシンプルで低回転、コンパクト、信頼性の高い軽量航空エンジンである（ OHVバルブギアの大きな複雑さがない） ^[21]。

• 直列4気筒エンジン
• V4エンジン

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