现代汽车发动机的布置形式
发动机是汽车的动力心脏,它的布置是汽车整体布置最重要的组成部分。为满足不同的使用要求,汽车总体构造和布置形式是不相同的。现代汽车发动机在汽车中的位置可依其布置形式分为前置、中置和后置三种。

就货车而言,发动机前置是目前采用最为广泛的布置形式。它的优点在于发动机的通用性好,既可选装直列和卧式,又可采用V型发动机,维修时也方便。另外货箱地板高度较低,整车对路面要求也比较低。而发动机的中置、后置同前置相比,发动机的通用性差;只能选用卧式发动机,维修时也很不方便,货箱地板比较高,对路面要求也比较高。
发动机中置的优点在于轴荷分配比较合理,驾驶室内噪声振动轻,驾驶员座位高度较低。而发动机后置的最突出优点,是由于驾驶室远离发动机,室内几乎不受发动机的噪声和振动的影响。目前发动机后置在货车上采用不多,只局限于后置发动机的轿车变形为货车时有所采用,目前大多数轿车采用前置形式,轿车发动机采用前言形式的优点在于操纵机构简单,发动机冷却条件好,除霜与采暖机构简单,行李箱尺寸较大。
为满足不同的使用要求,现代轿车总体构造和布置形式是不相同的,按发动机和各个总成相对位置的不同,现代轿车发动机的布置形式和驱动方式通常有以下四种:
1.发动机前置、后轮驱动(FR):国内外的大多数载重车,部分轿车及部分客车均采用这种传统的驱动形式。它是前轮转向、后轮驱动,发动机输出动力通过离合器——变速器——传动轴输送到驱动桥上,在此减速增扭后传送到后面的左右半轴上,驱动后轮使汽车运行,前后轮各行其职,转向与驱动分开,负荷分布比较均匀。2.全轮驱动(NWD):是越野汽车特有的形式。(如BJ2020切诺基等)。通常发动机前置,在变速器后装有分动器,以便将动力分别输送到全部车轮上。全轮驱动动力性好,爬坡及越野能力强。但与单独的前、后轮驱动相比结构复杂,成本高,传动效率低。
3.发动机前置、前轮驱动(FF):是20世纪90年代在国内外轿车上逐渐流行的布置形式。为缩短整车长度,减轻轿车质量,常将发动机置于前轴之前,变速器之后的东西都往前挪,变速器与驱动桥做成一体,固定在发动机旁,动力直接输送到前轮上,降低底盘高度,改善高速时操纵稳定性。如常见的奥迪100轿车,还有微型轿车(夏利、奥拓等)均采用发动机前置,前轮驱动的传动系布置形式,常见的发动机前置,前轴驱动轿车也有两种给构:一是发动机轴线与前桥平行的横置式(如夏利轿车);二是发动机纵置式(如桑塔纳、奥迪等轿车)。
4.后置发动机、后轮驱动(RR):它似乎是FF车的翻版,只不过是将车前的“五脏六腑”移到车后。此种车辆保持了FF车的优点,也消除了FF车的缺点,由于车内布置趋于合理,且对车内噪声和温度有所改善,以其独特的结构和良好的使用性能受到用户的欢迎。二、发动机前置前轮驱动
结构的优点1.发动机前置及前轮驱动,使前轴轴荷增大,汽车具有明显的不足转向性能,提高了卓越的高速行驶操纵性和稳定性,前轴负荷提高近60%,具有明显的转向不足趋势。另外,由于前轮具有驱动力,降低了前轮的侧向偏离刚度,增加了汽车不足转向的趋势,从而保证了高速行驶安全。
2.发动机前置,前轮驱动的横置发动机传动线路短,发动机前舱尺寸紧凑,可提高车内空间的利用率;其曲轴与轿车前驱动轴平行,省去了螺旋锥齿轮传动(主传动器的主传动齿轮可采用圆柱形齿轮),减少了传动噪音,简化了工艺.减少了零件,降低了成本;传动效率高,加之整车质量较小,使轿车具有良好的燃油经济性。
3.前置、前轮驱动传动装置的离合器、变速器、驱动轮等都布置在轿车的前部,使得车头相对缩短,由于取消了纵贯前后的传动轴,降低底盘高度,减少了振动,地板上也不必设置凸起的传动轴通道,它最大限度地增加了车厢内容积;使行李箱的地板降低了,增加了行李箱的空间,车身地板高度降低,使地板平坦,室内宽敞,后座位置更加安静、舒适,有助于改善乘客乘坐的舒适性。
4.由于后轴是固定式,减少了非簧载质量,提高了平稳性,所以后座比较安稳舒适,同时也降低了轮胎的磨耗;若采用鼓式制动器,前轮不必装制动鼓,把制动鼓装在传动轴上即可得到前轮的制动效果,减少了前轮上的非簧载质量,提高了汽车的行驶平顺性。
5.从安全的角度来分析,轿车的前置发动机起到一种安全屏障的作用,FR车的发动机是纵置的,而FF车的发动机多是横置的,两者比较,FR车在安全保障系数方面比FF车要高一些。在弯道前进时,由于驱动力常和前轮同一方向,故汽车高速转弯不易发生震跳。
6.对客车来说,发动机前置的优点是与货车通用的部件多,易于从货车改装。此外操纵机构简单,发动机维修方便。这种布置形式在我国城市公交车中比较常见。在国外一些旅游大客车上有采用发动机中置的形式,其优点为车厢面积利用率高,车内噪声小,传动轴短
“评奖”、“榜单”这种东西,现在一般已不大被人关注了,因为大家都知道这里面有“套路”。不过沃德十佳相对来说还好。
不久前,2020年度沃德十佳公布。新的榜单没有太多的新鲜感,所以“逐一点评”并无太多必要。于是卡叔想“就着”这个榜单,来回顾、梳理一下2019年的动力技术趋势。
直六取代V6进行时
2020年度沃德的榜单里,一下子出现了三台直列6缸发动机。除了宝马以外,还有奔驰和通用。尤其是奔驰这款3.0T+48V,已经成为奔驰旗下的明星、主打机型。
这可以看作是一种巧合,因为它们得奖并不是因为直六的结构。不过,能有那么多直六发动机同时上榜,至少也说明现在直六发动机开始变得越来越多,而不是像当年只有“宝马独一份”。
所谓“宝马独一份”其实是有歧义的,因为早年间的六缸发动机都是直六。只不过在“直六向V6”的革命过程中,只有宝马坚持下来了(当然,严格说,还有沃尔沃的直六,但“著名”和普及的只有宝马直六)。
为什么当年出现了“V6的革命”?原因很简单——那个年代,V6的结构比直六更好。别急着反对,这是事实。
V6型结构不光可以让发动机长度变短,结构变得更紧凑,曲轴的长度变短,单个凸轮轴等部件变得更轻,而且这种结构对称性更好,可以将发动机做得更平顺、更舒适、震动更小。
又想反对?但这仍是事实。不要被宝马的宣传过度洗脑——当年宝马的直六好,是“宝马”好,而不是“直六”好。
既如此,为何近两年来,大家又开始转回直六呢?最核心的原因,其实是成本。是不是又想反对?
V6结构的成本是明显超过直六的。不光是缸体构造的问题,单凸轮轴就得多一套。当然,这不是主要的。
最主要的原因是涡轮增压的普及,导致V6在直六面前成本真的吃不消。V6有两列气缸,所以涡轮增压就必须采用双涡轮增压。直六就不用了,单涡轮增压就可以搞定。
没错,双涡轮增压比单涡轮增压理论上更好,更有利于缓解迟滞、提升功率。但成本高、结构复杂、对散热可靠性布置等等都有影响。
关键是,现在的涡轮增压技术,除非是超级高性能版本,否则单涡轮增压已经可以做到近乎完美了。

即便是宝马自己,历史上也仅仅出现过一个的双涡轮增压版本,也就是很多人至今仍然怀念的N54(说实话,这并不是一款成功的机型,没啥可怀念的),但很快也被宝马自己否决了。此次沃尔德上榜、好评如潮的B58TU高功率版本的直六发动机,依然采用的是单涡轮增压。
至于为何?原因很简单:没必要。通过双涡管、优化涡轮结构,足以让单涡轮增压的迟滞几乎感受不到,同时性能同样可以做到“杠杠的”。既如此,再弄双涡轮增压就变得毫无意义了。
当然,还有进一步的好处,那就是可以更好地实现发动机模块化——直三、直四、直六是可以模块化的,但直四和V6却不可能。
所以说,此一时彼一时。昔日革了直六命的V6,现在又要被直六革命了。
发动机配气技术依然“升级无止境”
有了直喷、小排量增压这些以后,似乎配气技术已经“不算啥”了。但事实上,此项技术仍然是提升发动机燃效“永恒的主题”。原因也很简单:发动机低效工况下的燃效实在是太低、比匀速工况下的燃效低了太多太多。
既然低,就有挖掘的空间。配气技术,其实主要就是为了平衡发动机高效与低效工况的工作状态的。比较为人熟知的VVT(可变气门正时)、VTEC(可变气门行程),还有可变进气歧管等等,都是为了这个目标。
2019年,这方面技术的创新应该算是一个“大年”。沃德上榜的两款机型,基本上都是因为这类技术的创新,并且也都能算得上是名至实归。
这两款机型一款是日产的2.0T VT-C发动机,另一款是现代的1.6T CVVD发动机。这两款发动机在咱们车云网上应该说解读过不止一次了。卡叔在这里再简要梳理一下。
VT-C的主要核心是改变压缩比,并且是通过活塞连杆部位的机构,来机械地改变压缩比。这种做法非常的“烧脑”,因为结构非常复杂,而且控制起来更为复杂。好在日产磨了二十年的剑,终于是磨成了。
压缩比的改变虽然结构上看不在气门上,但大的归类仍然属于配气技术的范围。压缩比对于不同工况下的效能改变,要比气门变化更明显。所以这款发动机可以在保证强大动力的同时,日常驾驶的经济性也很好。
关键是,这是迄今为止唯一一款量产的可变压缩比发动机。
现代的CVVD技术,从原理上并没有太多创新。它的核心原理,与丰田的VVT-iE是一样的,即在必要时通过延迟进气门的关闭,通过压缩行程将一部分已经进入气缸的空气压回进气歧管,达到实际压缩比小于实际膨胀比的目的。也就是我们常说的,可以实现阿特金森循环。
注意,是“必要时”。也就是说,这类发动机并不是时时刻刻都是阿特金森循环的。在需要强大动力的时候,它仍然会采用普通的奥托循环。这样,就能兼顾低负荷工况下的高燃效和高负荷工况下的强大动力。
CVVD的特殊之处在于实现方式。它的结构同样是非常“烧脑”的——别说设计出来,要想真正理解这种结构实现的原理和方式,就需要足够的物理知识。它通过在凸轮上“套圈”的方式,来改变凸轮的转角,并通过伺服电机来控制,达到一种无级调节的效果。从调整的范围来看,它比VVT-iE要大,理论上的效果也会更好。
所以说,此项技术虽然原理上没有那么高的创新度,但结构和效果上的创新还是要肯定的,确实也可以算是“全球唯一”。
混动绝不是过渡
上榜的机型里有本田的2.0L i-MMD。本田的这套技术已经解读过无数,这里就不用说了。这里卡叔想表达的,是不要小看这种深度混动技术的价值和地位——它不是过渡产品,相反很有可能成为未来“替代燃油”的一个重要方向。
没错,“替代燃油”不是纯电,而很有可能是混动。这里面当然也会有大量的PHEV,但HEV的份额和优势绝对不可小觑。
其实在2019年上市的新车中,已经可以看出端倪。一个比较标志性的车型,就是新RAV4荣放,高配动力版本已经不提供燃油版了,而是直接以2.5L混动来替代。关键是,2.5L混动版的价格,相比老款的2.5L是基本持平、甚至指导价还略低的。
这意味着这种深度混动,已经不再像过去那样,是作为一种“半新能源”、比燃油明显贵的角色存在,而是很有可能会与纯燃油形成同价竞争的格局。
如果这种格局形成,也就是这类混动的产能足够大、价格杀得足够有吸引力,它的竞争力是显而易见的。油耗自不必说,这是任何启停、48V、配气技术、多少档变速器等等,都不可能PK的。尤其是城市油耗,说它们差一倍都不过分。
关键是性能和驾驶体验,这种深度混动同样很好。本田的这个2.0L i-MMD体会过的人应该相当多了。它的大功率电机所带来的驾驶感,已经超过了很多同样可以“上榜”的优秀燃油发动机。
注意,是驾驶感,而不单单只是加速。而且事实上,加速性、尤其是驾驶者最看重的中低速加速性,同样也是很有优势的。
还有,丰田、本田的这种混动技术,还可以轻而易举的实现PHEV。这种PHEV,与我们日常接触的PHEV有一个本质不同——它们在无电工况下的油耗,同样可以非常低。你可以用新能源牌照买了它们以后,就真的只当燃油车用……

虽然这种做法不提倡的,但却实打实地反映出这种技术的竞争力。这种竞争力,2019年应该还只是预演。未来应该还会更大。
总结
沃德十佳里还能梳理出48V的普及,这个咱们就不展开了。纯美系特色的通用顶置气门6.2L发动机,也与我们毫无关系。还有现代的150KW纯电系统,这没有太多趋势性的意义。所以,我们只总结了以上这三项——不光是因为它们上了沃德的“榜单”,关键是在我们身边,确实是能感受到这种趋势。
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