直列4気筒エンジン

直列4 気筒エンジン(インライン 4 エンジンとも呼ばれる) は、共通のクランクシャフトに沿ってシリンダーが一列に並べられた 4 気筒ピストン エンジンです。

自動車の4気筒エンジンのほとんどは直列4気筒レイアウトを採用しており^{[1] : pp. 13–16} （スバルとポルシェが製造する水平対向4気筒エンジンを除く） ^[2]、このレイアウトはオートバイやその他の機械でも非常に一般的です。そのため、「4気筒エンジン」という用語は通常、直列4気筒エンジンと同義です。直列4気筒エンジンが斜めに設置されている場合（シリンダーが垂直方向ではなく）は、スラントフォーと呼ばれることもあります。

2005年から2008年の間に、米国で販売された新車のうち4気筒エンジンを搭載した車の割合は30％から47％に増加しました。^{[3] [4]} 2020年モデルでは、小型車の割合は59％に上昇しました。^[5]

4 ストローク直列 4 気筒エンジンでは、特定の時間に動力行程が発生しないシリンダー数が少ないエンジンとは異なり、常に 1 つのシリンダーが動力行程にあります。V4エンジンや水平対向 4 気筒エンジンと比較すると、直列 4 気筒エンジンにはシリンダー ヘッドが 1 つしかないため、複雑さが軽減され、製造コストが削減されます。

現代の量産車で使用されている直列4気筒ガソリンエンジンの排気量は、通常1.3～2.5L（79～153立方インチ）ですが、1927～1931年のベントレー4½リッターなど、過去にはより大きなエンジンが使用されていました。

ディーゼルエンジンは、3.2Lターボチャージャー付き三菱エンジン（パジェロ/ショーグン/モンテロSUVに使用）や3.0Lトヨタエンジンなど、より大きな排気量のものが生産されてきました。車両総重量が7.5〜18トンの欧州およびアジアのトラックでは、通常、排気量が約5リットルの直列4気筒ディーゼルエンジンが使用されます。^{[6] [7] [8] [9] [10] [11] [12]}より大きな排気量は、機関車、船舶、定置型エンジンに使用されています。

排気量は非常に小さいものもあり、日本で販売されている軽自動車に見られます。規制で最大排気量が 550 cc と定められていた当時、これらのエンジンのいくつかは 4 気筒でしたが、現在では最大サイズは 660 cc です。

好ましいクランクシャフト構成を持つ直列4気筒エンジンは、完全な一次バランスを備えています。^{[1] : p. 12}これは、ピストンがペアで動いており、一方のピストンが常に上昇すると同時にもう一方のピストンが下降するためです。

しかし、直列4気筒エンジンには二次不均衡があります。これは、クランクシャフトの回転の上半分におけるピストンの加減速が、クランクシャフトの回転の下半分におけるピストンの加減速よりも大きいために発生します（コネクティングロッドが無限に長くないため）。その結果、2つのピストンは常に一方向に速く加速し、他の2つは反対方向にゆっくりと加速します。これが二次動的不均衡につながり、クランクシャフト速度の2倍で上下の振動を引き起こします。この不均衡はすべてのピストンエンジンに共通していますが、2つのピストンが常に一緒に動く4ストローク直列4気筒では特に影響が大きくなります。

この不均衡の強さは、往復運動する質量、コネクティングロッドの長さとストロークの比率、およびピストンのピーク速度によって決まります。したがって、軽量ピストンの小排気量エンジンでは影響がほとんどなく、レーシングエンジンでは長いコネクティングロッドが使用されます。ただし、影響はエンジン速度 (rpm) の2 乗で大きくなります。

5 つ以上のシリンダーを備えた4 ストローク エンジンでは、少なくとも 1 つのシリンダーが任意の時点でパワー ストロークを実行できます。ただし、4 気筒エンジンでは、次のピス​​トンが新しいパワー ストロークを開始する前に各シリンダーがパワー ストロークを完了するため、パワーの伝達にギャップが生じます。この脈動するパワー伝達により、4 気筒を超えるエンジンよりも振動が多くなります。

バランスシャフトシステムは、直列4気筒エンジンによって発生する振動を減らすために使用されることがあり、大抵は排気量の大きいエンジンで使用されます。バランスシャフトシステムは1911年に発明され、クランクシャフトの2倍の速度で反対方向に回転する同一の偏心重りを搭載した2本のシャフトで構成されています。^{[1] : pp. 42–44}このシステムは1970年代に三菱自動車によって特許取得され、それ以来、他のいくつかの企業によってライセンスに基づいて使用されています。^{[13] [14]}

ただし、すべての大排気量直列4気筒エンジンにバランスシャフトが採用されているわけではない。バランスシャフトを採用していない比較的大型のエンジンの例としては、2.4 リッターのシトロエン DSエンジン、2.6 リッターのオースチン・ヒーレー 100エンジン、3.3 リッターのフォード モデル A (1927)エンジン、2.5 リッターのGM アイアン デューク エンジンなどがある。ソ連/ロシアのGAZ ヴォルガとUAZエンジンは、排気量が最大 2.9 リッターで、1950 年代から 1990 年代にかけてバランスシャフトなしで生産されたが、これらは比較的低回転のエンジンであったため、バランスシャフト システムの必要性は低かった。^{[1] : pp. 40–44}

現代の自動車に使用されている直列4気筒エンジンのほとんどは、排気量が1.5～2.5L（92～153立方インチ）です。最小の自動車用直列4気筒エンジンは、1963～1967年のホンダT360軽トラックに搭載され、排気量は356cc（21.7立方インチ）でした。一方、量産された最大の直列4気筒エンジンは、三菱パジェロに搭載された1999～2019年の三菱4M41ディーゼルエンジンで、排気量は3.2L（195立方インチ）です。^{[15] [16]}

主要な直列4気筒自動車エンジンには以下のものがあります。

• 1954–1994アルファロメオ ツインカムエンジン：最初に量産されたツインカムエンジンの一つ。^{[17] 1990年には}可変バルブタイミングを備えた最初の量産エンジンとなった。^[18]
• 1908～1941フォード モデル T エンジン: 世界で最も広く生産されたエンジンの 1 つ。
• 1951～2000 BMC Aシリーズエンジン：量産型横置きエンジンの前輪駆動車に使用された最初のエンジン。
• 1966～2000フィアット ツインカム エンジン: 1959 年から生産された最初の量産ツインカム エンジンの 1 つ。
• 1968～1981トライアンフ スラン 4 エンジン:サーブ初のターボチャージャー付きエンジンの基礎となった初期のマルチバルブエンジン。
• 2000～2009ホンダ F20C エンジン:当時の自然吸気エンジンとしては最高の比出力を生み出しました。

初期のレーシングカーの多くは直列4気筒エンジンを使用していましたが、1913年のインディアナポリス500で優勝したプジョーのエンジンは非常に影響力のあるエンジンでした。アーネスト・ヘンリーによって設計されたこのエンジンは、シリンダーあたり4つのバルブを備えたダブルオーバーヘッドカムシャフト（DOHC）を備えており、このレイアウトは今日までレース用直列4気筒エンジンの標準となっています。^{[19] ：pp. 14–17}

プジョーの設計にヒントを得たエンジンの中には、1920年代から1930年代初頭にかけてレース用エンジンとして成功を収めたミラーエンジンがあった。ミラーエンジンはオフェンハウザーエンジンへと進化し、1933年から1981年にかけて大成功を収め、1971年から1976年にかけてインディアナポリス500で5連勝を果たした。^{[19] : pp. 182–185}

第二次世界大戦前の自動車 グランプリ モーター レースカテゴリー向けに製造された多くの車は、直列 4 気筒エンジン設計を採用していました。1.5 Lスーパーチャージャーエンジンは、マセラティ 4CLやさまざまなイングリッシュ レーシング オートモービル(ERA) モデルなどの車に採用されました。これらは戦後に復活し、後にフォーミュラ 1 となるものの基礎を形成しましたが、F1 の初期の数年間は直列 8 気筒スーパーチャージャー アルフェッタが主流でした。

レースの歴史において重要な役割を果たしたもう一つのエンジンは、アウレリオ・ランプレディが設計した直列4気筒フェラーリエンジンである。このエンジンはもともとフェラーリ500用の2Lフォーミュラ2エンジンとして設計されたが、フェラーリ625でフォーミュラ1に参戦するために2.5Lに進化した。^{[19] : pp. 78–81, 86–89}スポーツカーレースでは、フェラーリ860モンツァのために容量が最大3.4Lに増加した。

コベントリークライマックス直列4気筒エンジンも非常に成功したレーシングエンジンで、当初は1.5リッターのフォーミュラ2エンジンとして誕生しました。1958年にフォーミュラ1用に2.0リッターに拡大され、 1959年と1960年にクーパーのシャシーでフォーミュラ1チャンピオンシップを獲得した大型の2,495cc FPFに進化しました^{。[19] : pp. 130–133}

1980年代のF1は1,500ccターボチャージャー車が主流だった。BMW M12/13エンジンは、その高いブースト圧と性能で当時注目された。鋳鉄ブロックは標準的なロードカーブロックをベースとし、ブラバム、アローズ、ベネトンのF1マシンに搭載され、1983年に世界選手権で優勝した。1986年版のエンジンは、予選トリムで約1,300馬力（969kW）を出力したと言われている。^[20]

1901年からオートバイを製造していたベルギーの兵器メーカーFNハースタルは、1905年に直列4気筒エンジンを搭載した最初のオートバイの生産を開始しました。 ^[21] FNフォーは、エンジンを垂直に搭載し、クランクシャフトを縦置きにしました。このレイアウトを採用した他のメーカーには、米国のピアス、ヘンダーソン、エース、クリーブランド、インディアン、デンマークのニンバス、ドイツのヴィントホフ、英国のウィルキンソンなどがあります。 ^[22]

最初のフレーム横断型4気筒オートバイは1939年のレーサー、ジレラ500ロンディーネで、ダブルオーバーヘッドカムシャフト、強制導入式スーパーチャージャーを備え、水冷式でした。^[23]現代の直列4気筒オートバイエンジンは、 1969年に発表されたホンダのSOHC CB750で最初に人気を博し、1970年代には他のエンジンが続きました。それ以来、直列4気筒はストリートバイクで最も一般的なエンジン構成の1つになりました。クルーザーカテゴリ以外では、直列4気筒は比較的高い性能対コスト比のため、最も一般的な構成です。^{[要出典]日本の大手オートバイメーカーはすべて直列4気筒エンジンを搭載したオートバイを提供しており、} MVアグスタやBMWも同様です。BMWの初期の直列4気筒オートバイはフレームに沿って水平に搭載されていましたが、現在のBMWの4気筒オートバイはすべて横置きエンジンを備えています。現代のトライアンフ社は直列4気筒エンジン搭載のオートバイを販売してきましたが、トリプルエンジンに切り替えて生産を中止しました。

2009ヤマハ R1には、180° の等間隔で点火しない直列 4 気筒エンジンが搭載されています。代わりに、ピストンが同時に上死点に達するのを防ぐクロスプレーンクランクシャフトが使用されています。これにより、二次バランスが向上し、特に高回転域で有利になります。また、「ビッグバン点火順序」理論によると、後輪へのトルクの不規則な伝達により、レース速度でのコーナーでのスライドが制御しやすくなります。

直列4気筒エンジンは、スズキ（ 2015年以降）とヤマハ（ 2002年以降）のチームによってMotoGPでも使用されています。 2010年に4ストロークMoto2クラスが導入されたとき、このクラスのエンジンはCBR600RRをベースにしたホンダ製の600 cc（36.6 cu in）直列4気筒エンジンで、最大出力は110 kW（150 hp）でした。 2019年からは、エンジンがトライアンフの765 cc（46.7 cu in）トリプルエンジンに置き換えられました。

直列4気筒エンジンは、カルサン・ジェストやメルセデス・ベンツ・スプリンターなどの小型商用車にも使用されています。

• フラット4エンジン
• V4エンジン

• ウィキメディア・コモンズの直列4気筒エンジンに関するメディア