汽車發動機的布局及性能影響

王 謙

(河南安鋼物流有限公司，河南 安陽 455000)

0 引言

汽車發動機的發展已有超過100年的歷史，但是為了滿足現代化發展的需要，發動機的設計、制造、布置以及性能等方面的技術水平需要不斷提高，其中發動機的布置形式受到大眾廣泛的關注[1]。本文主要研究的是前置發動機橫置和縱置布局對汽車性能的影響，全文將以對比的形式展開分析。

1 發動機的前橫置和前縱置

發動機是一輛汽車的動力源，是汽車上不可缺少的部件，除去發動機自身的參數，其布局方式也影響著汽車的性能。當今社會最常見的家用轎車大多采用的是前置發動機，發動機前置即將發動機布置在汽車前軸之上或之前。發動機的前置大大簡化了動力的傳遞過程，直接將動力傳輸給前驅動輪，不但增加了動力的傳動效率，也大大降低了汽車的整備質量。除此之外，汽車發動機以及其他部件安裝在駕駛員的前面，當汽車正面發生碰撞時，發動機等其他的機艙零件可以吸收大部分的沖擊力，從而減少對駕駛員和前排乘客的傷害，提高汽車的行駛安全性。常見的發動機前置主要是前橫置和前縱置。圖1所示為發動機前縱置的示意圖。

圖1 發動機前縱置示意圖

1.1 汽車發動機的前橫置

汽車前置發動機的橫置是指發動機的汽缸排列方向與汽車的前車軸平行。前橫置的發動機側向安置于發動機艙內，這種布置形式將變速器和差速器合為一體，安裝在一個緊湊的變速驅動橋殼體中，變速驅動橋殼體固定在發動機上。發動機橫置可以減小發動機艙的容積和汽車的總質量。前置發動機橫向布置有利于減少汽車尺寸，降低汽車重心和減輕汽車質量，由于汽車的大部分質量在前部，為增大驅動車輪的牽引力提供了條件，也對前懸架和制動器施加了較大載荷。

發動機橫置前輪驅動的轎車，發動機的曲軸、變速箱的輸入輸出軸、前輪半軸的軸線雖然在幾何位置不重合，但是動力傳遞的方向并沒有發生太大變化，并且動力可以通過錐齒輪直接傳遞到半軸，效率相對發動機縱置(無論是前驅還是后驅)的汽車來說較高。另外橫向布置的發動機、變速器、差速器等結構安裝精確緊湊，所占用的發動機室空間較小。另一方面，因為發動機橫向布置，發動機艙所占的縱向空間縮減，駕駛室內的空間就有所提升，特別是前排的乘坐空間，這對那些本身尺寸不大又要求有一定乘坐空間的緊湊型車至關重要。

1.2 汽車發動機的前縱置

發動機縱置是指發動機縱向放置在發動機艙內，發動機的曲軸平行于汽車的縱軸。發動機縱置的布局形式大都被用于大排量、大級別的車型，而且這些車一般采用的是后驅或四驅的驅動方式。

當汽車采用發動機前縱置布局形式時，汽車前部的空間就被發動機、變速箱、前懸架結構以及轉向等裝置占據，而汽車后部的空間就被差速器和后懸架結構占據。這種布置形式的優勢就是汽車的前后輪可以均攤汽車的總質量，這樣可使汽車的轉向力得到減輕，另外制動載荷的受力狀態也更加均衡。除此之外，這種布置結構可以使汽車的發動機、懸架、差速器以及傳動軸相互獨立安裝和拆卸，檢測和維修比較方便[2]。發動機前縱置的汽車需要比較多的空間來安置縱向布置的發動機，而且乘員的空間也會因為傳動軸和差速器的裝配而減少。

2 發動機的橫置與縱置對汽車性能的影響

發動機的布局形式既然有橫置和縱置之分，對汽車幾個主要性能的影響也各有優劣，但優勢和劣勢不是絕對的，下面詳細介紹汽車的有效牽引力、傳動效率、空間布置、懸架結構等性能與發動機布局形式的影響關系。

2.1 汽車有效牽引力

發動機的有效牽引力是指發動機輸出的總動力中被用來真正驅動汽車前行的那部分牽引力。其實無論是哪種布局形式的汽車在加速狀態下由于慣性作用汽車的重心都會向后方轉移，這就會使汽車前輪的地面法向反作用力Fz1減小，而后輪的地面法向反作用力Fz2增大。驅動汽車行駛的地面切向反作用力公式[3]為

Fx=Fz×φ

式中Fx—驅動汽車行駛的地面切向反作用力；

Fz—車輪的地面法向反作用力，N；

φ—附著系數。

Fx1為前輪的地面切向反作用力，單位N；Fx2為后輪的地面切向反作用力，單位N。則汽車在加速時Fx2增大Fx1減小。而地面的靜摩擦力與車輪的地面切向反作用力是相等的，靜摩擦力越大車輪越不容易打滑，有效牽引力就更大。但對于前置發動機前驅的汽車來說，無論發動機是縱置還是橫置，發動機的重心都在汽車前面，慣性作用產生的影響區別不大。

很多車型的發動機艙都能橫放一臺V6發動機，但對于功率大一些的V8發動機，沒有哪一個車型能夠很隨意地做到將其橫置在發動機艙內。對于更大功率的V10、V12、W16發動機來說，只能采用縱置的布置方式。因此如果一輛車追求的是大功率、大排量并擁有較大的牽引力時，那么其所采用的發動機缸數肯定比較多，其發動機的布局形式也就趨向于縱置。

通過上面的分析可知，發動機橫置時因為傳動效率的升高將會有更多的牽引力用來驅動汽車。

2.2 傳動效率

發動機前置的汽車在設計時，無論發動機是橫向布置還是縱向布置，都會盡量減少傳動距離和傳動機械零件。發動機與汽車驅動輪之間的距離越近，相對的傳動距離也就越小，傳動效率就越高。發動機與驅動輪之間用于傳動的或者改變方向的裝置越少，傳動過程中的損耗就少，傳動效率就高。

2.3 汽車空間性能及懸架結構

汽車發動機的大小以及布置方式會對發動機艙的空間布置有很大的影響，發動機占據空間的大小會影響到懸架的結構與性能。汽車懸架的作用是吸收汽車在道路上行駛時所產生的各種振動或者沖擊，在確保乘坐舒適感和行車安全的同時保護車身。懸架主要由負責緩沖的彈簧，衰減、調節彈簧振動的減震器，以及轉向時減少汽車側滑、側傾的導向裝置組成。懸架的結構越復雜，所需要的空間就越大，如搭配有可調剛度及高度的空氣彈簧和可調阻尼減振器的雙橫臂、多連桿的懸架結構就會占據更多的空間。

3 結語

就像每個事物都有他的兩面性一樣，發動機縱置或者橫置都有各自的優點和缺點。無論發動機縱置還是橫置，都沒有絕對的好壞之分，“尺有所短，寸有所長”，沒有好壞，只有適不適合，因此，無論哪款發動機在不同的車型上都有不同的表現。

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