３気筒ってコストを抑えた実用車のエンジンじゃなかったの？ 最近「激熱モデル」にも直３エンジンの波が訪れているワケ

　この記事をまとめると

■近年のクルマには3気筒エンジンの採用が増えている

■ほとんどのエンジンは偶数気筒で作られていた

■技術開発が進んだことにより3気筒エンジンのデメリットが少なくなっている

　３気筒エンジンが主流になっている背景

　近年の乗用車エンジンを眺めてみると、新たな傾向が生じていることに気付く。気筒数の変化だ。

　ざっくりいってしまうと、リッターカークラスから小型乗用車枠上限いっぱいの2リッタークラスまでの中軸を占めた4気筒（直列、水平対向）エンジン群に、主に1.5～1.6リッタークラスまでのエンジンとして、直列3気筒が台頭してきたことである。3気筒エンジンについては、これまでも本欄でも何度か触れてきたが、ひと口でいってしまえば、小型、軽量、コンパクトと自動車用エンジンとして理想的な特徴を備えている。

　では、なぜ最近になって注目されるようになったのか？　自動車の歴史から振り返ってみることにしよう。

　内燃機関を使う自動車の発祥は、19世紀終盤のことである。単気筒エンジンからスタートし、20世紀初頭にはマルチシリンダー化、大排気量化の道をたどっている。その流れは、ほぼ20世紀いっぱい続くことになるが、そのなかでひとつの傾向を見てとることができる。ほとんど大多数のエンジンは、偶数の気筒数で構成されていることだ。単気筒は自動車用でなくバイクで使われてきたが、2気筒、4気筒、6気筒、8気筒、12気筒と偶数の気筒数でステップを踏んで作られてきたことが見てとれる。

　もちろん、例外的に奇数の気筒数も存在した。3気筒と5気筒だ。3気筒はスズキが軽自動車用として2サイクル360ccを開発、搭載。クランクシャフト1回転で1回爆発のある2サイクルは、爆発回数でいえば4サイクルの倍。クランクシャフト1回転の間に吸気、圧縮、爆発、排気の各行程が行われるため、2サイクル3気筒は4サイクル6気筒（直列）のバランスに匹敵する（点火間隔は2サイクル、4サイクルともクランク軸120度）、というのが当時のスズキのセールスコピーだった。

　直列5気筒は、アウディが好んで採用したシリンダーレイアウトで、6次慣性力までバランスするものの1次慣性偶力（クランクシャフト前後方向の揺れ、すりこぎ運動）が発生。これをキャンセルするため1次慣性偶力バランスシャフトを設ける実際例もあった。クランク角は72度、点火間隔は144度になる。

　直列5気筒を2基組み合わせたV型10気筒も同様で、直列5気筒同様に6次慣性力までバランスするが、大きな3次慣性偶力を発生する特徴がある。バランス面から見た理想のバンク挟角は72度だが、レーシングカーでは重心高を下げるため、量産車ではほかのV型エンジンとの互換性を持たせるめ、90度のバンク挟角がとられるケースが見られる。

　３気筒エンジンが普及したのは技術の賜物

　さて、近年台頭が著しい4サイクル3気筒エンジンはどうなのだろうか。ライバル（？）となる直列4気筒と見比べてみるこにしよう。

　まず、長きに渡って小型乗用車エンジンの主力として活躍してきたのは直列4気筒で、クランク軸角度は90度、点火間隔は180度だ。この方式は、慣性偶力の発生はないが（これが直4の大きな魅力ともいえるが）、偶数次の慣性力発生に問題があり、エンジンと逆回転するバランスシャフトを装備して2次慣性力をキャンセルしている事例が多い。

　一方、直列4気筒より構成部品点数が少なく、小型、軽量、コンパクトに仕上げることのできる直列3気筒エンジンはどうだろうか。こちらはクランク角は120度、点火間隔は240度となる。直列4気筒と異なり、慣性力は1次、2次、4次ともバランス。6次慣性力が発生するが、4次以上の高次慣性力は影響が小さく、実用回転域においては問題ないと考えてよいものだ。

　問題は慣性偶力のほうで、1次、2次が発生。クランク軸センターから前後方向が対照とならない基本構造に端を発する問題だ。直列3気筒ではこれをキャンセルするためカウンターウェイトを装着したり、やはりエンジンと逆回転するバランスシャフトを設けて対処している例が見られる。

　こうして直列4気筒と直列3気筒を見比べた場合、慣性力と慣性偶力で一長一短となるが、ともに対応するメカニズムや構造を採用することで、解決できる問題であり、消費燃料量の小さなエンジン（小型、軽量、コンパクト性を備えたエンジン）のほうが環境性能（ほかにも製造コストなど）に対して有利であり、とくに１～1.5リッタークラスの小型車で順次採用が拡大されているエンジン型式だ。

　さらに、小排気量エンジンの普及を促す大きな要因として、進化したターボ技術の投入が挙げられる。かつては、性能と引き替えに燃費を犠牲にしていたターボエンジンだが、直噴システムの投入やきめ細かな制御技術の進歩により、現代では「排気量可変」エンジンのような感覚で走らせることができる。定常走行時は小排気量エンジンの性能特性で、加速力が必要な場合や高速走行を維持するような場合には、ターボの過給作用によって大排気量エンジンに匹敵する性能を発揮する。

　小型、軽量、コンパクトさを身上とする直列3気筒エンジンと、過給効果によって仮想大排気量エンジンを実現するターボシステムの組み合わせで、現代は小排気量エンジンの概念が変わりつつある時代に変化した……といってよいだろう。

Comments

[tek********]

この記事って技術的にソレッポイこと書かれているけど
とある書籍の受け売りだよね。
しったかが図示もなく長文説明する悪い例。とはこのこと。

[tpg********]

3気筒で理屈的に充分なんだろうけど、多気筒直列の気持ち良い吹け上がり→やめられませんね。