民用汽车大部分为前置发动机,其中,根据发动机放置方向的不同,还可以分为纵置和横置两种。前驱的紧凑型轿车、大多数的中级轿车和极少数高级轿车都采用了横置发动机的布置方式,这是市场主流。而后驱轿车或全时四驱轿车基本上都采用了纵置发动机,比如BBA的非入门车型、捷豹的轿车、凯迪拉克的轿车、雷克萨斯的高端车型以及大部分的跑车。
发动机纵置是指发动机与汽车的前桥垂直,发动机横置是指发动机和汽车前桥平行。简单的讲就是你站在车头前面向发动机,如果发动机横着放在你眼前,就是横置发动机。见图 :
竖着放在你眼前,就是纵置式发动机。
首先:为什么大多数的轿车都采用了横置发动机呢?
从力学角度来说,力的传输损耗与力的传输距离成正比,与力的方向变化次数成正比,横置发动机的曲轴、变速器的输入输出轴以及车桥都是平行的,所以如果是前驱车的话,最适合的就是横置发动机,动力传输距离短,方向一致,因此传动效率很高。这算是大多数车采用横置发动机的第一个原因;其次,我认为:成本是最大的原因,毕竟横置发动机的机械成本少了很多,便宜才能普及市场。横置发动机平台技术要求也偏低,除了成本(钱)的问题外,这也是目前自主品牌不怎么开发纵置发动机平台的原因之一。
而后驱车,因为动力要传递到后桥上,在传动距离无法缩短的情况下,就要尽可能减少动力的方向转换。如果采用横置的话,因为曲轴和传动轴的方向垂直,所以先要转换一次方向,以通过传动轴传输动力,但是传动轴的方向和后桥的方向也是垂直的,所以在后桥需要再将旋转方向转换过来,这无疑降低了传动系统的效率。而使用纵置发动机就可以使得曲轴与传动轴平行,减少了一次传动方向的转换,无疑是降低了能量的损失。这算是后驱车采用纵置发动机的第一个原因。
其次,通常情况来讲:纵置发动机就是为做后驱车或者全时四驱的。而横置发动机是为了做前驱车的。当然,这里需要排除的是沃尔沃全系、前驱奥迪(纵置)、斯巴鲁、本田的SH-AWD车型等,这些品牌的车都有着自己的特殊理由,此处不另做讨论。
作为一名汽车机械爱好者,下面我将简单的列举纵置发动机或者说是后驱车的几个优点(深层原因不做过多解释):
1.控制前后重量比,因为汽车前舱体在设计上前悬长度可以做得较短,让发动机的重心落在前轴后侧,减少转向不足的趋势,减轻前桥轴荷,可以做到前后50:50的完美配重,操控佳,驾驶乐趣强。同时,相同车身长度的前提下可以把轴距加大,高速稳定性进一步最大化。
2.碰撞溃缩空间需求与车体总质量成正比,纵置发动机型车颈往往很长,问题不大,但对于横置机型,如果不改变发动机位于前轴之前的布置,前悬较难做短。所以纵置发动机车型在正面碰撞上安全性高一些。
3.前舱空间大,纵置发动机有空间安装更高端的五连杆悬挂,底盘设计上有优势;也可以放置6缸、8缸等大功率的发动机。
4.变速箱可以靠后放置,空间限制比横置发动机平台要小得多,所有变速箱的体积可以做大,散热设计更好一些,故障率也低。这也是目前纵置发动机的变速箱大部分都优于横直发动机的变速箱的原因。
5.因为变速箱在中间,动力直接传递给后轴,不存在前驱车的先天性不足:扭力转向问题。纵置发动机后驱车或者四驱车的扭矩可以放心大胆地超过350牛米。这也是为何高端豪华车、跑车等必备纵置发动机的原因之一。
6.后驱车前轮只负责转向,后轮负责动力,4个轮胎磨损基本一致。而横置发动机的前驱车因为前轮既需要转向,也要提供动力,加上刹车也主要靠前轮胎,前轮胎磨损比后轮要大得多。可能需要3年或者3万公里就需要对调下前后的轮胎,以满足前后轮胎的磨损一致。
7.大部分豪华车都用纵置发动机,纵置车型基本上可以看做是高端豪华的象征,毕竟50万以上就很难看到横置发动机的车了。
8.前悬长度短,侧面设计更加美观,车头最前点和前轮的距离非常近,前悬、轴距、后悬的长度比例更加协调。在侧面外观设计审美角度上看,短前悬设计有着较大优势。前悬在800mm之内就很优秀,大于900mm就有些像“大鼻头”了。参考下图汽车的前悬长度,前两个是纵置发动机,后两个是横直发动机。(这里有个我常用的通过外观判断汽车是纵置发动机还是横置发动机的小技巧:看一下前轮后边缘与车门前边缘的距离,也就是车门前那块叶子板的宽度,宽的是纵置发动机,短的是横置发动机)。
(PS:以上各条的深层原因可能牵扯到:前横置布局的车辆不将引擎放置在前轴后方以及阿克曼角的原理等,感兴趣的朋友可以自行知乎或百度相关知识):
当然,横置发动机车型也有自己的诸多优点(成本低是最大优点),以后的文章我将做简单的阐述,其中也不乏一些十分优秀的横直发动机车型,如GTi,TYPE-R,S3,A34,A45等等。各个厂家也通过各种努力来解决横置发动机的一些先天不足,比如说通过将动力传动节点放在前轴中间来解决扭力转向;变速箱做得体积更小;沃尔沃甚至可以把前悬长度做得和纵置车型一样短等等。相信在科技机械发展的进步下,横置发动机与纵置发动的机械性能差异将会越来越小。
关注我,下篇文章讨论一下:为何很多懂车的内行人买奥迪从不买前驱?豪华品牌沃尔沃为何只做横置发动机的车型。
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