汽车引擎布局概念介绍(前置/中置/后置引擎的由来)

汽车引擎布局概念介绍(前置/中置/后置引擎的由来)

为什么汽车有前置，中置，后置几种引擎布局？相信很多人会说：因为某某牌的车就是那样的。引擎一般都是车体最重而且最核心的部分，引擎在车架的位置决定着汽车的特。事实上每种引擎背后都有他们各自的特点，各具所长。下面为大家简略介绍一下各种引擎布局的概念：

1. 中置引擎（Mid-Engine）：
引擎放置在前后轮轴之间的布局这种布局一般出现在超级跑车和方程式如赛车如F1上，当然还有LE MANS原型赛车等高等级赛车上。汽车在转弯时，汽车各个部分因为惯性都会向弯外移动，引擎是质量最大的部分，所以引擎因惯性而对车体的作用力对汽车在弯中的转向有至关重要的影响。为了让转弯的轨迹保持最佳化，让汽车的质心尽量*近车体中心是最好的方法，但车体中心位置也是放置驾驶仓最好的位置，在车体中心放置驾驶员/乘客也可以让乘员体重/乘坐位置对车辆操控性的影响减到最低，而且空间利用最充分。对于高车身的车辆如MPV，引擎可以可以放置在乘员仓之下，驾驶者成员直接“坐在引擎”上，比如上一代的Previa “大霸王”和Benz的 A-CLASS都是这种布局的典型。这样的布局的MPV虽然能够提升空间利用率和提供更敏捷的操控，也能提高撞击安全性，但维修困难，隔热/隔音/震动控制难度非常大，而且车底高度有限，大大限制了引擎的尺寸，意味着大排量引擎不能安装在这样的车架上，所以已经很少被采用。
高车身也意味着高质心，对于赛车来说高质心是致命伤，质心越高弯中循迹力越差。“中间中”的布局对于赛车或者跑车来说都是不现实的，所以放在前轮轴之后还是后轮轴之前是摆在赛车设计师面前的问题。后轮驱动是最理想的驱动方式，可把引擎放在车头做后轮驱动需要传动轴会造成动力流失，而且质量*前轮轴（转向轮）会造成转向不足，降低循迹性（操控性）。如果把引擎横置在后轮轴之上，动力传输最直接动力流失最少，而且引擎的质量带来的重力直接作用在后轮轴上，大大增强了驱动轮的抓地力[摩擦力 = 摩擦系数 X 压力]，这样赛车的起步加速等都会有显著提高。同时并不占驾驶仓的空间，所以可以把车体做的很短小或者保留宽敞的驾驶仓。60年代开始的方程式赛车和LE MANS赛车开始采用这种布局，当年直列式/水平对向引擎盛行，“横中置”的布局成为当时最顶尖的布局，超级跑车上第一辆采取这种布局的是Lamborghini的开山之作Miura。常见的跑车有MR2/MG-F/LOTUS ELISE等小型中置引擎小跑车。
横中置优点固然很多，但缺点也很明显：引擎横向放置大大限制了引擎的尺寸，而且大大增加了赛车的宽度，大大增加风阻。由于多气缸V式引擎如V12横置在后轮轴上并不能发挥V式引擎本身的尺寸整体优势，同时V式引擎横中置提高了引擎在后轮轴上的重心，让V式低重心的优势无法发挥。同时引擎的质量实际上还是在后轮轴之上，所以离真正的“中置引擎”还是有差距。

赛车的设计师当然不会止步于此，一个新的布局又出现：中纵置。中纵置布局顾名思义就是把引擎纵置安装在后车轮轴之前，这样多汽缸的V式/水平对向引擎能够发挥体积小的优势，同时不会增加车体宽度减少正面迎风面积。最重要的是，引擎因此更接近车体的中心，让更多质量集中在车体中心*后的位置。这样既获得比中横置好的操控性，同时也因为引擎依然处在车体中心*后的位置，引擎质量带来的重力依然作用在后车轴，所以高驱动轮抓地力的优点也得到保留，现在的F1赛车/LEMANS原型车和各种中置引擎的超级跑车均采用这种布局。由于中纵置的布局在转弯时质心（引擎）实际非常*近车体的中心，所以中纵置的布局拥有非常中性的操控性，是最理想的布局。

这种布局也不是没有缺点的，由于引擎实际上是占用了驾驶仓部分位置，所以一般这种布局的超级跑车只有前座座位，F1这些就更不用说。而且引擎*近驾驶仓带来的震动/隔热/隔音问题都很让设计师头痛，而且这种布局会让车体变长，必须提高车架的刚度配合，因此一般只在超级跑车/顶级赛车才会见到这种设计。

注意中纵置布局还是可以有两种布局方式：1.排挡箱完全在后驱动轴之前（普遍方式）2.排挡箱在成为后驱动轴结构的一部分，大部分的排挡箱处在后车轮之后，用以改变车体质量分布。如SALEEN S7就是用这钟方法改变质量分布，主要是再提升后轮的抓地力（让更多质量*后）。使用这种结构的跑车/赛车尾部都会很长。对于中置引擎的车来说50：50并不是最佳质量分布。因为对于中置引擎车来说取得中性转向的本质是*近车体中心的引擎，同时中置引擎的其中一个好处是让质量*近后轮轴，提升后轮抓地力和转弯时的循迹性。街车以40：60为最佳比如F360，赛车则要看实际上油箱的位置/下压力分布。
2.后置引擎(Rear Engine)：
引擎放置在前轮轴之后经常听到BMW和HONDA宣传50：50的“完美质量分布”，那后置引擎的PORSCHE是不是“不完美”呢？答案是否定的。后置引擎的经典当然是甲壳虫和Porsche 911，这两辆车体现了机械天才Dr. Porsche创造的后置引擎概念：低成本，高可*性，高循迹性。VW的老广告：Best Value In The World
后轮驱动是最好的驱动方式同时也是当时唯一的驱动方式（昂贵的4轮驱动除外），但传统的前置引擎后轮驱动FR需要驱动轴和差速器，所以让后轮驱动的成本高居不下。Dr.Porsche相信后置引擎可以大大降低成本，能够适合大量生产，而且不需要传动轴所以可*性也更好。当然Porsche的356和其儿子设计的911告诉世人Porsche的后置引擎的另外一层概念：通过后置引擎带来的超强后轮抓地力和非常好的循迹性，还有令人赞叹的制动表现。那现在的新一代的911作例子，质量分布是37/63，明显的后倾让911起步时比中置和前置引擎的车能够获得更大的驱动轮抓地力因此动力输出更直接更快。因为质量集中在后轮轴之后，同时拥有相对短的轮轴距（事实上只和新MINI一样长），911拥有非常敏捷的转向反应，在弯中由于车尾惯性的带动因此有明显的甩尾倾向。当911处于制动状态时，车身质量分布前移，这时原来还是37/63的911在制动瞬间质量分布实际上变为50：50，没错，就是BMW宣传的50：50，50：50的瞬间质量分布正是制动时最理想的质量分布，只有尾重头轻的车才能在制动瞬间达到。在制动时无论质量分布偏向哪一个车轴都会让轮胎抓地力无法得到充分发挥，而且会给其中前/后轮轴其中一方的BRAKE和轮胎带来更大的负荷，并影响制动的稳定性，顺畅性和实际制动效果。

由于后置引擎能够带来制动/可*性/循迹性等方面的优势，Porsche在耐力赛和拉力赛都有娇人成绩。Porsche 第一代911(901)，911的测试原形车就赢得了Monte Carlo的冠军，没有改装直接上场赛后还直接开回家。
当然后置引擎也不是没有缺点的，因为后置引擎带来的过分“后倾”的特性虽然让爱车之人忠爱，在街车上必须要设计精良的后悬挂系统配合否则马力一大就成“脱缰野马”；而在赛车上过分的转向过多倾向意味着像严重的后轮磨损和非中性的极限操控性。同时后置引擎的引擎仓细小，只能容下水平对向一类的小体积引擎，限制了引擎的汽缸数/容积/散热等，而且维修难度大。

3.前置引擎(Front Engine)：
引擎放置在前轮轴之前（或者引擎仓在车头）前置引擎的车是绝对的主流，实际上我们见到绝大部分的车都是前置引擎，三种引擎布局又以前置引擎最历史悠久。前置引擎分以下几种：
1.前置引擎前轮驱动FF(Front engine Front wheel drive)：引擎横置放置，直接横置在前轮轴之上。这样的布局成本最低，动力损失和后置引擎后轮驱动一样都是最少的。由于引擎放置在车头，能够给乘员仓空出尽量多的空间，同时由于质量主要集中在前车轴（转向轮）上，所以FF车拥有非常高的前轮抓地力和非常高的循迹力（注意不是循迹性）。正如世界首辆量产型前置引擎前轮驱动车MINI，第一次参赛赢得Monte Carlo拉力赛冠军时简直让其他车厂/车队大跌眼镜，MINI在需要强抓地力的拉力赛取胜*的就是高可*性和高循迹力。FF车由于动力直接输出到前轮，所以同样具有动力流失小，引擎传动部分占用空间小的优势。由于前轮同时负责驱动/转向，而引擎的质量也是直接作用在前轮轴上，因此前置引擎前轮驱动的车拥有非常高的抓地力，在弯中的极限实际上是非常高的，而且超过了极限后出现的也“只是”转向不足，比后轮驱动的转向过多要容易控制的多更加“安分守己”。配合后来出现成本低廉而且非常高效的MacPhason Struct 麦花臣柱式前悬挂系统让前轮驱动布局对引擎体积的限制和前悬挂系统设计的难题彻底解除。从MINI开始，廉价的FF车越来越多，最终廉价家庭用车/跑车甚至中价行政房车都采用了FF的布局。
虽然FF布局有非常多的先天优势，尤其是制造成本/可*性方面，但FF的缺点也是非常明显：转向不足的倾向。由于质量分布集中在前轮轴，驱动轮同时是转向轮，即使FF车天生拥有非常高的循迹力，但骨子里转向反应是很迟钝，惰性很大“不肯转弯”，到了极限后就必须收油。在制动时由于质量分布前移，质量集中在前轮轴的FF缺点就更加明显。这些都让设计一辆有良好操控性的FF车成了“逆天而行”的困难事。工程师的脚步当然不止于此，能够做一定角度“辅助转向”的半拖弋臂（Semi Trailing Arm）式的半独立后悬挂的出现让设计反应敏捷的FF车成为可能，经典的例子有：Golf Mark I/II，Peugeot 205 GTI/306 GTI，Renault Clio Sport等在欧洲风行的“GTI”小揭背车。
随着90年代中后期多连杆式后悬挂系统的技术日趋成熟，多连杆后悬挂系统开始出现在中高档的FF车上，复杂高效的多连杆系统让FF车操控上的缺点几乎得到了根治，比如使用“Z-BLADE”的FORD FOCUS/MONDEO，最新一代Honda Civic/Accord/Integra等。拉力赛场上前置引擎配合上4轮驱动更是如虎添翼，著名的4WD/AWD系统都是以前置引擎前轮驱动为蓝本（保持引擎在前轮轴之前/*前位置），利用先进的4WD系统增强在越野路面的抓地力和动力分布，并利用先进的输出分布控制克服FF车推头的缺点，典型有LANCER EVO/SUBARU IMPREZA WRX/STI
2.前置引擎后轮驱动FR(Front engine Rear Wheel Drive):
大部分高档房车/跑车等等需要一个一定尺寸驾驶仓的贵车都采用的驱动方式。后轮驱动是最理想的驱动方式，直接原因是后轮驱动车在过了极限以后还是可以同过油门来修正车体在弯道中的轨迹。因此和FF车不同，FR车是前纵置引擎，通过驱动轴/差速器驱动后轮。由于驱动轴的存在，所以FR车的动力损耗比其他几种布局大，可*性差，而且驱动轴要无可避免占用一定的空间--在FR房车车厢内上很明显能看到一条凸起的贯穿前后的通道。因为引擎的质量没有作用到驱动轮而且负责转向的前轮轴上，所以质量分布决定着FR车的操控特性；并且由于是后轮驱动，如果设计不好操控性差的后轮驱动车在驾驶者手上就如脱缰野马，所以做一辆操控非常敏捷而稳定的FR车是非常考功夫的。

最理想的FR车质量分布是静态 50：50，这样的FR车转向最中性弯道性能最佳，这是FR车专家BMW经常跟大家说的“50:50 Perfect Weight Distribution”。要是引擎的质量小体积小这点不难做到，但大容积多汽缸的要达到50：50就有非常大的难度了。解决的方法是把引擎尽量放置在前轮轴之后，并且把尽量多的部件挪到车体的后部，比如电池之类（BMW新5系电池就在车尾箱），甚至把排挡箱从引擎之后移动到后轮轴和差速器结合在一起（比如Ferrari的F550/575M和Corvette C5一类的多缸大排量GT），总之是八仙过海什么方法都可以，只要达到50：50就算成功。引擎质量越大体积越大设计难度越大，而且车头长度也会越长，留给驾驶仓的空间就更少；超长的前后轮轴距还带来车架刚度的问题，轮轴距越长需要的车架刚度越高，没有高强度物料和好的设计车重会显著增加。随着车架科技的发展，车架刚度比过去有大幅提高，多连杆悬挂系统的出现也大大增加了克服不平衡车重分布（非50：50）对操控性的负面影响。主动/半主动悬挂系统的出现也增加了设计师克服质量分布难题的砝码。
3.前中置引擎（Front Mid-Engine）:
为什么BMW的FR车能够称雄世界？在BMW FR车背后的设计理念是FR的演化--前中置（Front Mid-Engine）：同过把前轮轴前移并同时把引擎后移，把引擎尽量放置甚至完全放置在前轮轴之后，让引擎质量*近车体中心，和中置引擎布局一样提升汽车在转弯时的极限并改善极限情况下的操控品质。由于前轮轴的前移，前悬长也得到缩短，轮轴距也变的更长，因此转向更加敏捷迅速，高速下方向稳定性更强。这个布局可以说是前置引擎里最优秀的，但由于轮轴距非常长（所有引擎布局之最），对车架刚度的要求是非常高，并且车厢空间也相对小。前中置除了BMW外，LEXUS IS200/NISSAN 350Z/HONDA S2000等也是。

现在担任Aston Martin总裁的“Z-Axle”之父Dr.Bez（Dr.Bez当年为BMW创造了Z-Axle和Z1概念车，Z-Axle是现在最先进的FR车用多连杆后悬挂系统），他最欣赏的就是前中置布局，他接管了Aston Martin之后第一件事就是把DB9/DB8/Vanquish后继车开发计划整合成一个统一的以前中置概念为核心的VH（Vertical Horizontal）车架上，将他的前中置理念发扬光大。

中置引擎

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