轿车发动机纵置与横置对比分析

轿车发动机纵置与横置对比分析

解晓宇,贾吉亮

长城汽车股份有限公司 河北保定 071000

摘要：汽车发动机在汽车结构中的排布是一个非常重要的设计环节，合理的安排发动机的放置方向，不仅能提高车辆的整体性能，还能为留出合理的空间用于安排其他结构。一般来说，高性能后驱车辆采取纵置发动机的较多，而经济型前驱轿车采用横置发动机较多。民用轿车发动机采取前置布局，中置和后置发动机仅用在性能跑车和其他特殊用途的车辆上。笔者重点考虑前置发动机，对前置发动机的纵向和横向布置进行各方面的比较，分析其优劣特性。

关键词：汽车动力；发动机排布；纵置与横置

1、纵置和横置发动机布置的方式

发动机纵置是指发动机的曲轴、变速器输入轴与车桥是垂直的，其最大的特点是可以采用前驱和后驱两种驱动模式，如丰田皇冠等车型，就是把六缸发动机纵置然后再通过传统轴获得后轮驱动的能力。

同理，发动机横置是指前置发动机位于前车轴之间且发动机的曲轴、变速箱的输入输出及车桥都是平行的。这种布置方式能简化变速器与驱动桥的结构，且对于主流的前置前驱车型来说， 扭矩传递的过程大大缩短，能降低传动损耗和故障率。

2、纵置发动机的主要优缺点

一般来说，如果发动机前置且车辆为后驱的话，都需要采用纵置发动机的方式，因为动力需要通过传动轴传递到后轮上，如果曲轴和传动轴方向不一致会增加动力转换带来的损耗，且通过传动轴到后轮驱动轮的同时还有一次力矩的垂直转换。

另一方面，纵置发动机可以让变速器的布局更为靠后，使车辆的重心后移到前桥之后，配重比更加平均。

纵置发动机的缺点是，发动机舱会占用更多的车身比例，使驾驶舱更加靠后，驾乘空间的布置较为困难。

3、横置发动机的主要优缺点

与纵置发动机相同，横置发动机也是为了实现输出轴与传动轴平行。在横置发动机的车型中， 发动机曲轴、变速器输出输入轴和车轮传动轴都是平行方向的，传输效率更加高效，适用于大部分经济型轿车。

由于发动机、变速箱都被集成到了横置方向，使发动机舱的前后距离可以控制在非常理想的状态，对于A级紧凑型轿车是一个非常大的优势，可以显著的保障乘员空间。

横置发动机的最主要缺陷是车辆整体前后配重难以平衡，由于横置发动机曲轴和变速箱输入轴是直接连接在一起的，需要整体布置在车辆前桥以前，这些重量难以调配，即一般轿车空载都会出现头重脚轻的现象，带来的问题就是如刹车点头、转向不足等情况。另外，由于横置发动机和变速器安装会偏向车体一侧，导致左右传动轴不等长，这样在扭矩突然变大的时候会在左右前轮出现转速差，导致急加速的方向盘左右摆动现象，即扭力转向现象。

4、纵置、横置发动机动力分析

我们所讨论的发动机横置或纵置，是把车辆的前桥或后桥作为参考的，也就是把车辆的驱动轴作为参考的。 从动力传递的角度来说，功率的损耗与传输距离成正比，也与方向变化的次数成正比，也就是说，能以最小的距离加上最少的方向变化次数达到驱动车轮的效果为最佳。

但从车辆配重的角度问题又来了，前、后轴最佳配重比是50：50，这点上宝马的设计理念十分坚持，保证了其驾驶的操控性。其他厂商的车辆，基本都可以做到把一台V6发动机横着放到发动机舱内，甚至大众高尔夫都有V6版本的车型，但配重比就难以保证了，导致很多原厂车型的乘坐空间受到约束，也就与我国的消费者追求相悖，出现了形形色色的带L车型(如宝马5系、7系， 奥迪A4、A6等)，强行加长了后排空间。

与V6发动机有所区别的是，还没有哪辆轿车可以把8缸和10缸12缸的发动机横着放进前置的发动机舱，无论是前置、中置还是后置，都需要纵向放置才能保证车辆的性能，也更容易分配轴荷。

4.1前置横置发动机

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，在动力传递过程中，曲轴通过齿轮组将动力传递到变速箱的输入轴，变速箱的输出轴就可以依靠锥齿轮直接将曲轴输出的动力传递给车轮，在动力传递过程中，动力传递的方向没有改变，有效地控制了动力传递过程中的能量损失，提高了动力传递的效率。所以如果是前驱车的话，使用前横置发动机就是最经济的选择。但如果横置发动机采用后轮驱动的话，就会显得费力不讨好，因为由于发动机曲轴和传动轴的方向垂直，前桥转换一次传动的方向，才能通过传动轴传输动力，而同样的，后前和传动轴也是垂直的，因此在后桥需要再将旋转方向转换过来，这无疑大大降低了传动系统的效率。

4.2前置发动机

所以说，普通家用轿车大多采用了前横置发动机前轮驱动。这种驱动结构优点很明显，第一点前面已经说过了，结构简单，传动效率高。其次，由于可以将发动机和变速箱平行连接在一起的集中布置在前轴之前，因此横置发动机车头发动机舱的规划弹性最大，可以把空间大幅节省下来给乘客室。这样就极大限度缩短了发动机舱的纵向空间，换来的是宽敞的驾乘空间，尤其是前排乘客的腿部拓展的空间。这对于尺寸有限的紧凑型轿车来讲尤为重要，这点在擅长于空间拓展的日系车中表现得尤为突出，例如日产的骐达，本田的飞度等，虽然车身长度很有限，但是前后排的乘坐空间都非常宽敞。

4.3纵置发动机车型为复杂的悬挂结构留出更多空间

总所周知，汽车悬架和操控性能是直接相关的，其重要性不言而喻，而悬架的结构显然是悬架性能的关键，因此许多高档车型不惜在前悬就采用双横臂、多连杆的复杂悬架。对于大排量的V型发动机来说，纵向布置有利于在发动机舱内节省出更多的横向空间用以安放结构复杂的悬挂系统。当然，将体积紧凑的V6甚至V8发动机横着放进发动机舱并不是不可能，像沃尔沃S80甚至有使用横置4.4LV8发动机的车型，但是这样发动机舱就没有多余的地方来安放复杂的悬架，这样的情况下，作为沃尔沃顶级车型的S80也不得不使用了简单的麦弗逊结构的前悬。

4.4中置发动机

所谓发动机中置就是指发动机位于驾驶员座椅之后，后轴之前，这样布置的好处除了可以将前后轴的配重达成完美的50:50之外，更因重量最重的发动机远离了车头、车尾这二个偏摆力矩最大的部位，因此在过弯时，车子的操控稳定性最高，可以用更快的速度、更流畅的姿态过弯，因此这也是速度最快的方程式赛车之标准发动机布置方式。

4.5后置发动机

当然，说到更为少见的后置发动机，我们还得请出独一无二的保时捷911，其后置发动机后轮驱动的搭配水平对置发动机形式更是绝无仅有。这种配置方式与前置前驱车刚好相反，由于重量集中在车尾，因此在高速过弯时会产生明显的转向过度。这种特性也使得早期的911非常难以驾驭，对驾驶员的技术要求非常高。不过随着技术的进步，铝质发动机、铝质悬架的轻量化、以及多连杆悬架的新设定，新911的操控已经变得比较理性，这使得很多驾驶技术一般的朋友也能够感受到911的魅力所在。

结语：不同的车型需要采用不同的布置方式，纵置发动机最适合的后驱以及四驱车型，能够满足复杂的悬架结构以及体积庞大的大排量发动机的布置要求，属于高级别的车型的布置手法。横置发动机适合小排量、低级别的前驱车型，能够提高前机舱利用率，最大化的增加驾乘空间。

参考文献：

    [1]李坚强.为什么说发动机纵置、横置各有好处?[J].石油知识,2018,000(002):38-39.

[2]田雪,曾庆东,王天利,等.汽车发动机横向布置与纵向布置对比[J].汽车实用技术.

[3]Nathart文/图.纵置发动机的"好基友"[J].科技新时代.

[4]晓青.轿车发动机的位置[J].大众汽车.