직렬 엔진은 엔진의 실린더 배치 방식 중 하나로, 실린더들이 일렬로 배열되어 있는 구조를 가진다. 이러한 형태는 일반적으로 2개 이상의 실린더가 직선으로 나란히 배열되어 있으며, 각 실린더는 피스톤과 연결되어 있다. 직렬 엔진은 보통 자동차 및 기타 기계 장치에서 널리 사용되며, 그 구조적 단순함으로 인해 제작 및 유지보수가 용이하다.

직렬 엔진은 여러 가지 종류로 나누어질 수 있다. 일반적인 직렬 4기통 엔진이 가장 많이 사용되며, 이 외에도 직렬 6기통 엔진이나 직렬 3기통 엔진 등의 형태가 있다. 직렬 4기통 엔진은 연료 효율이 좋고, 적절한 출력과 토크를 제공하여 소형차 및 중형차에 많이 사용된다. 직렬 6기통 엔진은 더 높은 출력과 부드러운 동작을 제공하여 고급 차종이나 SUV에서 선호된다.

직렬 엔진의 주요 장점 중 하나는 균형 잡힌 성능이다. 보통 실린더의 수가 홀수인 경우, 엔진의 진동이 증가할 수 있으나, 직렬 엔진은 짝수 실린더 수로 진동을 최소화할 수 있다. 또한, 엔진의 길이와 높이가 상대적으로 낮게 설계될 수 있어 차량의 무게중심을 낮추는 데 기여한다. 이는 승차감과 조종성을 향상시키는 데 긍정적인 영향을 미친다.

하지만 직렬 엔진은 몇 가지 단점을 지니고 있다. 특히 고출력이 필요한 경우, 직렬 엔진은 상대적으로 성능 한계가 있을 수 있다. 일반적으로 V형 엔진이나 W형 엔진에 비해 출력이 낮고, 힘이 많이 필요한 상황에서는 효과적이지 않을 수 있다. 이로 인해 고속주행이나 오프로드 차량 등에서는 다른 엔진 배치 방식이 선호될 수 있다. 그럼에도 불구하고, 직렬 엔진은 대중적인 차량에서 경제적인 솔루션으로 여전히 많이 사용되고 있다.