轎車發(fā)動(dòng)機(jī)縱置與橫置對(duì)比分析

轎車發(fā)動(dòng)機(jī)縱置與橫■對(duì)比分析摘要：汽車發(fā)動(dòng)機(jī)在汽車結(jié)構(gòu)中的排布是一個(gè)非常重要的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，合理的安排發(fā)動(dòng)機(jī)的放置方向，不僅能提高車輛的整體性能，還能為留出合理的空間用于安排其他結(jié)構(gòu)。一般來說，高性能后驅(qū)車輛采取縱置發(fā)動(dòng)機(jī)的較多，而經(jīng)濟(jì)型前驅(qū)轎車采用橫置發(fā)動(dòng)機(jī)較多。民用轎車發(fā)動(dòng)機(jī)采取前置布局，中置和后置發(fā)動(dòng)機(jī)僅用在性能跑車和其他特殊用途的車輛上。筆者重點(diǎn)考慮前置發(fā)動(dòng)機(jī)，對(duì)前置發(fā)動(dòng)機(jī)的縱向和橫向布置進(jìn)行各方面的比較，分析其優(yōu)劣特性。關(guān)鍵詞：汽車動(dòng)力；發(fā)動(dòng)機(jī)排布；縱置與橫置1、 縱置和橫置發(fā)動(dòng)機(jī)布置的方式發(fā)動(dòng)機(jī)縱置是指發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸、變速器輸入軸與車橋是垂直的，其最大的特點(diǎn)是可以采用前驅(qū)和后驅(qū)兩種驅(qū)動(dòng)模式，如豐田皇冠等車型，就是把六缸發(fā)動(dòng)機(jī)縱置然后再通過傳統(tǒng)軸獲得后輪驅(qū)動(dòng)的能力。同理，發(fā)動(dòng)機(jī)橫置是指前置發(fā)動(dòng)機(jī)位于前車軸之間且發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸、變速箱的輸入輸出及車橋都是平行的。這種布置方式能簡(jiǎn)化變速器與驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)，且對(duì)于主流的前置前驅(qū)車型來說，扭矩傳遞的過程大大縮短，能降低傳動(dòng)損耗和故障率。2、 縱置發(fā)動(dòng)機(jī)的主要優(yōu)缺點(diǎn)一般來說，如果發(fā)動(dòng)機(jī)前置且車輛為后驅(qū)的話，都需要采用縱置發(fā)動(dòng)機(jī)的方式，因?yàn)閯?dòng)力需要通過傳動(dòng)軸傳遞到后輪上，如果曲軸和傳動(dòng)軸方向不一致會(huì)增加動(dòng)力轉(zhuǎn)換帶來的損耗，且通過傳動(dòng)軸到后輪驅(qū)動(dòng)輪的同時(shí)還有一次力矩的垂直轉(zhuǎn)換。另一方面，縱置發(fā)動(dòng)機(jī)可以讓變速器的布局更為靠后，使車輛的重心后移到前橋之后，配重比更加平均?？v置發(fā)動(dòng)機(jī)的缺點(diǎn)是，發(fā)動(dòng)機(jī)艙會(huì)占用更多的車身比例，使駕駛艙更加靠后，駕乘空間的布置較為困難。3、 橫置發(fā)動(dòng)機(jī)的主要優(yōu)缺點(diǎn)與縱置發(fā)動(dòng)機(jī)相同，橫置發(fā)動(dòng)機(jī)也是為了實(shí)現(xiàn)輸出軸與傳動(dòng)軸平行。在橫置發(fā)動(dòng)機(jī)的車型中，發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸、變速器輸出輸入軸和車輪傳動(dòng)軸都是平行方向的，傳輸效率更加高效，適用于大部分經(jīng)濟(jì)型轎車。由于發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱都被集成到了橫置方向，使發(fā)動(dòng)機(jī)艙的前后距離可以控制在非常理想的狀態(tài)，對(duì)于A級(jí)緊湊型轎車是一個(gè)非常大的優(yōu)勢(shì)，可以顯著的保障乘員空間。橫置發(fā)動(dòng)機(jī)的最主要缺陷是車輛整體前后配重難以平衡，由于橫置發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸和變速箱輸入軸是直接連接在一起的，需要整體布置在車輛前橋以前，這些重量難以調(diào)配，即一般轎車空載都會(huì)出現(xiàn)頭重腳輕的現(xiàn)象，帶來的問題就是如剎車點(diǎn)頭、轉(zhuǎn)向不足等情況。另外，由于橫置發(fā)動(dòng)機(jī)和變速器安裝會(huì)偏向車體一側(cè)，導(dǎo)致左右傳動(dòng)軸不等長(zhǎng)，這樣在扭矩突然變大的時(shí)候會(huì)在左右前輪出現(xiàn)轉(zhuǎn)速差，導(dǎo)致急加速的方向盤左右擺動(dòng)現(xiàn)象，即扭力轉(zhuǎn)向現(xiàn)象。4、 縱置、橫置發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力分析我們所討論的發(fā)動(dòng)機(jī)橫置或縱置，是把車輛的前橋或后橋作為參考的，也就是把車輛的驅(qū)動(dòng)軸作為參考的。從動(dòng)力傳遞的角度來說，功率的損耗與傳輸距離成正比，也與方向變化的次數(shù)成正比，也就是說，能以最小的距離加上最少的方向變化次數(shù)達(dá)至嗎區(qū)動(dòng)車輪的效果為最佳。但從車輛配重的角度問題又來了，前、后軸最佳配重比是50:50，這點(diǎn)上寶馬的設(shè)計(jì)理念十分堅(jiān)持，保證了其駕駛的操控性。其他廠商的車輛，基本都可以做到把一臺(tái)V6發(fā)動(dòng)機(jī)橫著放到發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)，甚至大眾高爾夫都有V6版本的車型，但配重比就難以保證了，導(dǎo)致很多原廠車型的乘坐空間受到約束，也就與我國(guó)的消費(fèi)者追求相悖，出現(xiàn)了形形色色的帶L車型（如寶馬5系、7系，奧迪A4、A6等），強(qiáng)行加長(zhǎng)了后排空間。與V6發(fā)動(dòng)機(jī)有所區(qū)別的是，還沒有哪輛轎車可以把8缸和10缸12缸的發(fā)動(dòng)機(jī)橫著放進(jìn)前置的發(fā)動(dòng)機(jī)艙，無論是前置、中置還是后置，都需要縱向放置才能保證車輛的性能，也更容易分配軸荷。4.1前置橫置發(fā)動(dòng)機(jī)橫置發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸、變速器的輸入輸出軸以及車橋都是平行的，在動(dòng)力傳遞過程中，曲軸通過齒輪組將動(dòng)力傳遞到變速箱的輸入軸，變速箱的輸出軸就可以依靠錐齒輪直接將曲軸輸出的動(dòng)力傳遞給車輪，在動(dòng)力傳遞過程中，動(dòng)力傳遞的方向沒有改變，有效地控制了動(dòng)力傳遞過程中的能量損失，提高了動(dòng)力傳遞的效率。所以如果是前驅(qū)車的話，使用前橫置發(fā)動(dòng)機(jī)就是最經(jīng)濟(jì)的選擇。但如果橫置發(fā)動(dòng)機(jī)采用后輪驅(qū)動(dòng)的話，就會(huì)顯得費(fèi)力不討好，因?yàn)橛捎诎l(fā)動(dòng)機(jī)曲軸和傳動(dòng)軸的方向垂直，前橋轉(zhuǎn)換一次傳動(dòng)的方向，才能通過傳動(dòng)軸傳輸動(dòng)力，而同樣的，后前和傳動(dòng)軸也是垂直的，因此在后橋需要再將旋轉(zhuǎn)方向轉(zhuǎn)換過來，這無疑大大降低了傳動(dòng)系統(tǒng)的效率。4.2前置發(fā)動(dòng)機(jī)所以說，普通家用轎車大多采用了前橫置發(fā)動(dòng)機(jī)前輪驅(qū)動(dòng)。這種驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)很明顯，第一點(diǎn)前面已經(jīng)說過了，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳動(dòng)效率高。其次，由于可以將發(fā)動(dòng)機(jī)和變速箱平行連接在一起的集中布置在前軸之前，因此橫置發(fā)動(dòng)機(jī)車頭發(fā)動(dòng)機(jī)艙的規(guī)劃彈性最大，可以把空間大幅節(jié)省下來給乘客室。這樣就極大限度縮短了發(fā)動(dòng)機(jī)艙的縱向空間，換來的是寬敞的駕乘空間，尤其是前排乘客的腿部拓展的空間。這對(duì)于尺寸有限的緊湊型轎車來講尤為重要，這點(diǎn)在擅長(zhǎng)于空間拓展的日系車中表現(xiàn)得尤為突出，例如日產(chǎn)的騏達(dá)，本田的飛度等，雖然車身長(zhǎng)度很有限，但是前后排的乘坐空間都非常寬敞。4.3縱置發(fā)動(dòng)機(jī)車型為復(fù)雜的懸掛結(jié)構(gòu)留出更多空間總所周知，汽車懸架和操控性能是直接相關(guān)的，其重要性不言而喻，而懸架的結(jié)構(gòu)顯然是懸架性能的關(guān)鍵，因此許多高檔車型不惜在前懸就采用雙橫臂、多連桿的復(fù)雜懸架。對(duì)于大排量的V型發(fā)動(dòng)機(jī)來說，縱向布置有利于在發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)節(jié)省出更多的橫向空間用以安放結(jié)構(gòu)復(fù)雜的懸掛系統(tǒng)。當(dāng)然，將體積緊湊的V6甚至V8發(fā)動(dòng)機(jī)橫著放進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)艙并不是不可能，像沃爾沃S80甚至有使用橫置4.4LV8發(fā)動(dòng)機(jī)的車型，但是這樣發(fā)動(dòng)機(jī)艙就沒有多余的地方來安放復(fù)雜的懸架，這樣的情況下，作為沃爾沃頂級(jí)車型的S80也不得不使用了簡(jiǎn)單的麥弗遜結(jié)構(gòu)的前懸。4.4中置發(fā)動(dòng)機(jī)所謂發(fā)動(dòng)機(jī)中置就是指發(fā)動(dòng)機(jī)位于駕駛員座椅之后，后軸之前，這樣布置的好處除了可以將前后軸的配重達(dá)成完美的50:50之外，更因重量最重的發(fā)動(dòng)機(jī)遠(yuǎn)離了車頭、車尾這二個(gè)偏擺力矩最大的部位，因此在過彎時(shí)，車子的操控穩(wěn)定性最高，可以用更快的速度、更流暢的姿態(tài)過彎，因此這也是速度最快的方程式賽車之標(biāo)準(zhǔn)發(fā)動(dòng)機(jī)布置方式。4.5后置發(fā)動(dòng)機(jī)當(dāng)然，說到更為少見的后置發(fā)動(dòng)機(jī)，我們還得請(qǐng)出獨(dú)一無二的保時(shí)捷911，其后置發(fā)動(dòng)機(jī)后輪驅(qū)動(dòng)的搭配水平對(duì)置發(fā)動(dòng)機(jī)形式更是絕無僅有。這種配置方式與前置前驅(qū)車剛好相反，由于重量集中在車尾，因此在高速過彎時(shí)會(huì)產(chǎn)生明顯的轉(zhuǎn)向過度。這種特性也使得早期的911非常難以駕馭，對(duì)駕駛員的技術(shù)要求非常高。不過隨著技術(shù)的進(jìn)步，鋁質(zhì)發(fā)動(dòng)機(jī)、鋁質(zhì)懸架的輕量化、以及多連桿懸架的新設(shè)定，新911的操控已經(jīng)變得比較理性，這使得很多駕駛技術(shù)一般的朋