Miért van a motor elöl, hátul vagy középen? Az elrendezési architektúrák fejlődése

Az oldal megosztása
A motor járműben elfoglalt helye az interior égésű autó történetében ugyanolyan meghatározó mérnöki döntés, mint a hengerszám és a motorepitelm. Az elöl, hátul és középen elhelyezés, valamint a főtengely haladási irányával párhuzamos (hosszanti) vagy arra merőleges (keresztben) szerelés közvetlenül átalakítja az útfogást, a súlyeloszlást, a biztonságot, a gyártási költségeket és a karosszériatervezést. Ez az oldal a Mercedes hosszú, elöl elhelyezett motorházfedeles elrendezésétől a hátsó motoros Beetle-ig és Tatrákig, a középmotoros versenyforradalomtól a modern keresztelehelyezés elterjedéséig ívelő vonulatot vizsgálja mérföldkő modelleken keresztül.
Kiemeltek
- 1931 A DKW F1 az első sikeres keresztmotoros autók egyikeként a modern elsőkerék-meghajtás előfutárának számít
- 1959 A Mini-nél a sebességváltó motorblokkba építésével a hajtáslánc a jármű hosszának mindössze 20%-át tette ki
- 1964 Az Autobianchi Primula Giacosa-elrendezése máig standard a keresztben elhelyezett, elsőkerék-meghajtású járműveknél
- A Tatra hátsó motoros modelljeinél a súlyeloszlás a hátsó tengelyig terjedően szélsőséges volt, 70/30% -os aránnyal
- 1998-től kezdve a Volvo minden modelljében, a V8-asokat is beleértve, keresztmotorra állt át
Miért mérnöki döntés az elrendezési architektúra?
Egy motor járműbe helyezésekor három alapvető kérdésre kell válaszolni: a motor elöl, középen vagy hátul lesz-e, és a főtengely a jármű hossztengelye mentén vagy a haladási irányra merőlegesen áll-e? Minden válaszkombináció más eredményt hoz. Az első motor praktikus, a hűtési és fűtési vezetékek rövidek; ezért lett a történelem során a legelterjedtebb elrendezés. A középmotor a tömeget a jármű geometriai középpontja felé húzza, csökkentve a tehetetlenségi nyomatékot, és javítja az útfogást. A hátsó motor pedig a meghajtott kerekekre terheli a súlyt, növelve a tapadást; alacsony tapadású körülmények között ez komoly előny.
Keresztelehelyezésnél a főtengely a haladási irányra merőlegesen áll; a legtöbb modern elsőkerék-meghajtású járműben ezt az elrendezést alkalmazzák. Hosszanti elrendezésnél a főtengely a jármű hossztengelye mentén nyúlik, és ez a hátsókerék-meghajtású járművek preferált megoldása. A kettő közötti választás többnyire csomagolási kérdés: a hajtáslánc által elfoglalt térfogat közvetlenül meghatározza az utastér és a csomagtartó számára maradó helyet. Ez az egyszerű geometriai preferencia annyira hatásosnak bizonyult, hogy a huszadik század során újradefiniálta az autóosztályokat, a karosszériaformákat, sőt még a harckocsitervezést is.
A keresztelrendezés korai időszaka: 1899-től a háború végéig
A keresztmotor gondolata az autózás első éveiig nyúlik vissza. 1899-ben a Daimler Motor Company Critchley könnyűautója került be a nyilvántartásokba a szíjhajtású keresztmotoros első példák egyikeként. Az elrendezés első fenntartható kereskedelmi sikere azonban 1931-ben jött el: a kéthengeres DKW F1 keresztben elhelyezett, elsőkerék-meghajtású elrendezésével a mai modern elsőkerék-meghajtású autókban látott architektúra első működő példájának számít.
A háborús években az elrendezés a katonai területen bizonyította értékét. A szovjet T-44 és T-54/T-55 tankaiban motor enine volt elhelyezve; a cél a karosszéria belső terének megőrzése volt, és az eredmény lenyűgöző lett: a keresztirányú elrendezésnek köszönhetően a karosszéria rövidülhetett a páncézat megőrzése mellett, és a T-54/55 lett a történelem legtöbbet gyártott tankja. Az autók oldalán 1947 Saab 92 egyike volt azoknak a márkáknak, amelyek első modelljükben keresztirányú motort alkalmaztak; a Borgward Goliath és Hansa márkái is ugyanazt a gyakorlatot vették át. 1957-ben a kelet-német Trabant keresztirányban beépített kétütemű motorral gördült le a gyártósorról, és ezt az elrendezést megszakítás nélkül 1991-ig fenntartotta.
Mini és Giacosa: A keresztirányú elhelyezés két építészeti iskolája
A keresztirányú elrendezés igazán megbecsültségre az autóvilágban 1959-ben jutott, a BMC Alec Issigonis által tervezett Mini-jével. Issigonis lépése radikális csomagolási megoldás volt: a sebességváltót a motor karterebe, vagyis az olajteknőbe építették be. Így a 848 köbcenti lábfogadó négyhengeres, vízhűtéses motor és a hajtáslánc keskeny blokkot alkotott, 1,2 méter széles karosszériába férve; a hajtáscsoport összesen a jármű hosszának mindössze 20%-át foglalta el. Az az ötlet, hogy négy utas anélkül üljön, hogy szétterülne a motor körül, valóban kompakt négyüléses autót alkotva, ennek az elrendezésnek köszönhetően vált lehetővé.
A Mini kartonbeépített sebességváltó megoldásának ára azonban a javítás nehézsége volt. 1964-ben Dante Giacosa a Fiat számára kifejlesztett elrendezését a Autobianchi Primula-ban alkalmazta: a motort egy tengelylyal kapcsolták a sebességváltóhoz, a differenciál pedig középen kívülre került. Ezt az elrendezést ezután a Fiat 128-ben terjesztették el, és a ma is használt séma alapja lett. A Mini megoldásánál jobban finomítható, könnyebben javítható és ötfokozatú sebességváltóra alkalmasabbnak bizonyult Giacosa-elrendezés a modern elsőkerék-hajtású autó tényleges standardja. A keresztirányú elsőkerék-hajtás piaci domináns elrendezéssé válása is gyors volt; a legtöbb gyártó ezt az elrendezést a 1980-as évek során vette át.
A hátsó mot hagyománya: Tatrától a Beetle-ig

A hátsó motort egészen más logikával védték, mint a keresztirányú elrendezés csomagolási történetét. Az osztrák mérnök Hans Ledwinka, 1921-ben csatlakozott a Tatra műszaki igazgatójaként a céghez, ahol a motort a hátsó tengely mögé helyezte; ez a pozíció a meghajtott kerekeken rendkívüli tapadást biztosított. A cég első léghűtéses modellje 1923 -ből származó Tatra 11 volt; a Tatra, amely első időszakában mind víz- mind léghűtést használt, idővel a léghűtést standardizálta. Tatra 77, 87 és 1936-ban gyártott Tatra 97 léghűtéses hátsó motoros és aerodinamikus fastback karosszériás négyajtós szedánként korának szokatlan példái közé tartoztak.
A Tatra 97 már rendelkezett a hármas formulával - hátsó motor, léghűtés, aerodinamikus karosszéria -, amely később a Bogarat híressé tette, és a hasonlóságok olyan közeliek voltak, hogy peres ügy tárgyát képezhették. Széles körben elfogadott tény, hogy Ledwinka Tatra-terve hatással volt a Bogárra; azonban vitatott marad, hogy a tervek részletei kiktől kiknek kerültek át, hiszen a Tatra jellegzetes megoldásai is az 1930-as évek elején formálódtak. Ebben az időszakban nemcsak a Tatra, hanem a Mercedes-Benz is kísérletezett hátsó motorral: 130, 150 Sports Saloon, 150 Sports Roadster és 170 H mint 1930-as évekbeli modellek próbálták ki ezt az elrendezést. A csehszlovák oldalon a hagyomány hosszú életűnek bizonyult; 1968 évközi Tatra T603 hátsó motoros V8 szedánként ezen örökség fenséges folytatása volt.
A hátsó motor diadala a tömegre épül: a motor súlya a hátsó kerekeken nyugszik, és növeli a gumik tapadását. E nyújának azonban megvolt a magas ára. A Tatra hátsó motoros modelljeiben a súlyeloszlás 70/30%-ig terjedő arányban hátra halmozódott, ami hírhedtté vált úttartási problémákhoz vezetett. A súly hátsó tengelyre összpontosulása kiszámíthatatlan viselkedést eredményez, amikor a jármű a kanyarhatárhoz közeledik: alacsonyabb sebességnél a határok alatt jól viselkedő jármű a tehetetlenség miatt hirtelen túlkormányozottság - az úgynevezett lift-off oversteer - kockázatával szembesülhet. Hátsó tengelyre szerelt motorral a far kanyarkimenetkor, amikor a gázt elengedik, úgy viselkedhet, mint egy kodóbőr, mintha meg akarná előzni a vezetőt.
A Középmotoros Forradalom: A Versenypályáról az Útra
A motort az utastér mögé, a hátsó tengely elé helyező középmotoros elrendezés a súlyeloszlást a geometriai középpont felé közelítve a tartósságban és a kanyarteljesítményben megkülönböztette a versenytársaitól. 1969-ben bemutatott Porsche 917, amelyet a Type 912 flat-12 motorral szereltek fel, egy sportprototípus volt; annak ellenére, hogy a homologációhoz mindössze 25 darabot gyártottak belőle, sportautó-versenyeken dominanciát alakított ki. 1970 -ben a Le Mans-i 24 Órást a Team Salzburg 917K-jával nyerte meg összesített győzelemmel, a 917K pedig egymás utáni Le Mans-i győzelmeivel uralta a megbízhatósági versenyeket.
Az úti autó oldalon úttörő példa a Lamborghini Miura volt: keresztbe szerelt középmotoros, 4,0 literes össztérfogatú V12-ese 1965-ben egyedülálló konfigurációnak számított. A következő évtizedekben ugyanez a séma Lancia Montecarlo, Toyota MR2, Pontiac Fiero és az első generációs Honda NSX mint modellekkel vált általánossá; a középmotor a versenytechnológiából az megfizethető sportautók felé áramló szabványos elrendezéssé vált.
A teljesítményre, a biztonságra és a tervezésre gyakorolt hatások
A motor elhelyezésének szerepe a vezetési karakterben alapvető fizikával magyarázható: a tömeg helyzete meghatározza a súlyeloszlást, és ha az eloszlás megváltozik, az úttartás és a vezetési karakter jelentősen megváltozik. Az alacsony súlypont és a kiegyensúlyozott eloszlás javítja a kanyar teljesítményét; hátsókerék-meghajtású elrendezéseknél vonóerő-előnyt biztosít. Az elhelyezés megváltoztatása valójában a tömeg egyik tengelyre eső arányát tolja el, előre súlyozva vagy hátra halmozva. Létezik ellentétes nézet is: mivel a motortérben lévő alkatrészek - az akkumulátort is beleértve - a teljes tömegben viszonylag kis hányadot tesznek ki, a motor egyik helyről a másikra történő áthelyezése egyes terveknél kevésbé változtathatja meg a súlyeloszlást, mint amennyire várható, és a hatás összemérhető maradhat az akkumulátor elhelyezése részletekkel. A valóságban a két nézet nem zárja ki egymást: az elhelyezés hatását a karosszéria architektúrával és a tömeg költségvetésével együtt kell értékelni.
A biztonság oldalán a keresztirányú elhelyezés hozzájárulása kézzelfogható és mérhető volt. A motor keresztirányú elhelyezése felszabadítja a hosszanti teret az első tengelynél; ez a terület első ütközés esetén deformálódó ütközési zónává alakítható. A Volvo, 1998 óta minden modelljében, a V8-asokat is beleértve, keresztirányú motorra váltott; a cél az utastér növelése volt, de az elrendezés egyben hosszabb motorteret és nagyobb első deformációs zónát biztosítva az első ütközés biztonságát is javította. A hátsó motoros elrendezés biztonsági mérlege viszont összetett: a Porsche az 1970-es évek elején hátsó motoros 911-ét mérnökök által eredetileg hihetetlen mértékű szerkezeti megerősítéssel és ütközési zónákkal szerelve fel, túlteljesítette a kor ütközési szabványait.
| Elhelyezés | Alapvető előny | Tipikus gyengeség | Mérföldkő |
|---|---|---|---|
| Első, hosszanti | Gyakorlatias, elterjedt, rövid hűtővezetékek | Hosszú motortető, első súlytöbblet | Klasszikus elrendezés |
| Hátsó | Növekvő hátsó vonóerő | Hirtelen túlkormányozás veszélye | Tatra 97, Beetle |
| Középső | Kiegyensúlyozott eloszlás, jó úttartás | Utastér és csomagtartó térfogat | Porsche 917, Miura |
| Első, keresztirányú | Kompakt csomagolás, helymegtakarítás | Erőátviteli korlátok | Mini, Fiat 128 |
Miért marad még mindig a hosszanti elhelyezés a teljesítményjárművek választása?
A keresztirányú elrendezés uralja a kisautók piacát; ugyanakkor a nagy teljesítményű sportautók többsége megtartja a hosszanti elhelyezést. Ennek több gyakorlati oka is van. A hosszanti hajtáslánc lehetővé teszi, hogy nagyobb és erősebb sebességváltók férjenek el a járműben, amelyek elbírják az erős motorok nyomatékát. Emellett a hátsókerék-meghajtású architektúrával együtt a vonóerő és a kormányzás funkcióit világosan elosztja az első és hátsó tengelyek között; kanyarban az első kerekek kizárólag a kormányzással, a hátsó kerekek kizárólag a hajtással foglalkoznak. A motor hosszanti iránya, különösen a széles V és boxermotoroknál, szabad teret hagy a motortérben.
Ez a megkülönböztetés azt mutatja, hogy az elrendezés a járműosztály azonosítójává vált: az gazdasági és kompakt osztály nyelvében keresztben futó elsőkerék-meghajtásról, a teljesítményosztály nyelvében hosszban futó hátsókerék-meghajtásról vagy középmotoros megoldásról beszélünk. Egy gyártó elrendezési választása egy modellnél nem pusztán műszaki részlet, hanem információ a jármű célközönségéről és árazási pozicionálásáról is.
Zárás: Egy egyszerű geometriai választás öröksége
Ha az égihajtóműves autó száz évnél is hosszabb történetére tekintünk, a hengerszám és a motorepités mellett a főtengely iránya és a motor elhelyezkedése is formálta az autót. Issigonis beágyazott sebességváltója és Giacosa kardántengelyes megoldása szinte minden ma forgalomba kerülő kompakt autó ősének tekinthető. Ledwinka a hátsó tengely mögé helyezett léghűtéses motorja a Beetle-ön keresztül milliók családjához eljutott, és a Porsche 911 máig folytatott hagyományának kezdetét jelentette. A középmotor pedig a versenypályáról kiindulva az úti autók csúcsára emelkedett. Egy ilyen egyszerűnek tűnő döntés, hogy a motort hová és milyen irányba helyezzük, a tapadástól a biztonságig, a gyártási költségektől a járműosztályig minden réteget újraíró mérnöki örökség.
Források
- Keresztben futó motor
- Hosszban futó motor
- Tatra 97
- Porsche 917
- Mi az a Porsche 917? - Porsche Stories
- Team Salzburg Porsche 917K - Sports Car Digest
- Vállalati történelem - Mercedes-Benz
- Mercedes-Benz történelem: hátsó motoros járművek - eMercedesBenz
- A Porsche 911 elmesélt eredettörténete - Woodside Credit
- 1968-as Tatra T603/3 - Audrain Automuseum
- Keresztben futó és hosszban futó motorok - Car Throttle
- Hogyan befolyásolja a motor elhelyezése a menettulajdonságokat - CarParts
- Hogyan befolyásolja a motor elhelyezése a menettulajdonságokat? - HowStuffWorks
- Hogyan befolyásolja a motor pozíciója a súlyeloszlást - MotoIQ
- A Porsche 911: az az autó, aminek nem kellene működnie, de mégis működik - CAR Magazine
- Keresztben futó és hosszban futó motoros elrendezések - paultan.org
- Miért van a legtöbb teljesítményautónak hosszban futó motorja? - Mechanics StackExchange