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直列发动机的气缸体成一字排开，缸体、缸盖和曲轴结构简单，制造成本低，低速转矩特性好，燃料消耗少，尺寸紧凑，应用比较广泛。一般5缸以下的发动机多采用直列方式排列，现在少数6缸发动机也有直列方式的，过去也有过直列8缸发动机。

一般1升以下的汽油机多采用直列3缸，1~2.5升汽油机多采用直列4缸，少数也有采用直列5缸，但是动平衡比较困难。有的四轮驱动汽车采用直列6缸，因为其宽度小，可以在旁边布置增压器等设施。直列6缸的动平衡较好，振动相对较小，所以也被许多中、高级轿车采用。