การย้ายเครื่องยนต์ไปด้านหน้าเปลี่ยนแปลงรถยนต์อย่างไร?

การย้ายเครื่องยนต์ไปด้านหน้าทำให้ห้องโดยสารของรถยนต์กว้างขึ้น การกระจายน้ำหนักอยู่ในการควบคุมของนักออกแบบ และทำให้สามารถผลิตรถยนต์ขนาดเล็กได้อย่างประหยัด การเปลี่ยนแปลงครั้งนี้เกิดขึ้นในสองขั้นตอน: การเข้าสู่การผลิตแบบอนุกรมของรถขับเคลื่อนล้อหน้าในปี 1934 และการที่ชุดเครื่องยนต์-เกียร์แบบติดตั้งขวางกลายเป็นแพ็กเกจที่ราคาถูกและทำซ้ำได้ในปี 1959 ปัจจุบันรถยนต์เกือบทุกคันบนท้องถนนคือมรดกของสองขั้นตอนนี้

จุดเริ่มต้น: ทำไมเครื่องยนต์จึงอยู่ด้านหลัง?

ตั้งแต่รถยนต์คันแรกของ Karl Benz ปัญหาก็ชัดเจนแล้ว: จำเป็นต้องรวมเครื่องยนต์สี่จังหวะสูบเดียวเข้ากับระบบส่งกำลังที่ถ่ายทอดพลังงานไปยังล้อ ในโซลูชันยุคแรก เครื่องยนต์ถูกวางไว้ใกล้กับเพลาขับ รูปแบบที่ใช้เครื่องยนต์ขนาดใหญ่อยู่ด้านหลังจึงกลายเป็นมาตรฐานยาวนานหลายปี การวางเครื่องยนต์ให้ใกล้เพลาขับทำได้ง่ายในเชิงกลไกและลดการสูญเสียในการถ่ายทอดกำลัง

แต่รูปแบบนี้ก็มีราคาที่ต้องจ่าย เครื่องยนต์กินพื้นที่ของผู้โดยสารและพื้นที่เก็บสัมภาระ และรถต้องการระยะฐานล้อที่ยาวขึ้น สำหรับวิศวกรที่ออกแบบรถยนต์ขนาดเล็ก คำถามว่าเครื่องยนต์จะอยู่ตรงไหน ก็กำหนดโดยตรงว่าห้องโดยสารจะมีขนาดเท่าใด นี่คือเหตุผลที่การจัดวางเครื่องยนต์ ไม่ว่าจะความจุเครื่องยนต์หรือจำนวนสูบเป็นอย่างไร คือการตัดสินใจเชิงสถาปัตยกรรมพื้นฐานของรถยนต์: มันกำหนดการกระจายน้ำหนัก ศูนย์ถ่วง และต่อมาคือการเร่งความเร็ว การเบรก และการยึดเกาะถนน

Citroën Traction Avant: บททดสอบการผลิตแบบอนุกรมของระบบขับเคลื่อนล้อหน้า

ก่อนปี 1934 ระบบขับเคลื่อนล้อหน้าไม่ใช่ความคิดที่แปลกใหม่อย่างสิ้นเชิง ในอังกฤษ Alvis 1928 Racing FWD และในสหรัฐอเมริกา Cord L29 (1929-1932) เคยทดลองรูปแบบนี้ในกลุ่มรถหรู ในยุโรปมีรถขับเคลื่อนล้อหน้าที่วางจำหน่ายแล้วอย่าง DKW F2 และ Adler Trumpf ผลงานของ Tracta และความพยายามใหม่อย่าง BSA Scout Auto Union เคยนำระบบขับเคลื่อนล้อหน้าและระบบกันสะเทือนอิสระมาใช้ในยานพาหนะที่ผลิตมาก่อนหน้านี้แล้ว สิ่งที่ขาดหายไปคือรถยนต์ที่บูรณาการเทคโนโลยีเหล่านี้เข้ากับการผลิตแบบอนุกรมปริมาณสูงในราคาที่เหมาะสม

รถยนต์คันนั้นถือกำเนิดขึ้นจากการออกแบบของ André Lefèbvre และ Flaminio Bertoni รุ่นแรก 7A เปิดตัวที่ปารีสในวันที่ 18 เมษายน 1934 การผลิตแบบอนุกรมเริ่มต้นหนึ่งวันต่อมา Traction Avant เป็นรถยนต์ตัวถังกึ่งโมโนคอกและขับเคลื่อนล้อหน้าคันแรกของโลกที่ผลิตแบบอนุกรม ตัวถังโมโนคอกช่วยประหยัดเหล็กได้คันละ 70 กก. ความเบานี้คือวิศวกรรมเบื้องหลังที่ทำให้รถสามารถไปถึงความเร็ว 100 กม./ชม. ได้ การสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงอยู่ที่ประมาณ 10 ล./100 กม. การทดสอบปี 1951 ของ Light Fifteen ที่มีเครื่องยนต์ 1,911 ซีซี ให้ค่าความเร็วสูงสุด 72.6 mph และ 0-60 mph ที่ 29.7 วินาที

พื้นที่ภายในที่ได้รับเพิ่มขึ้นจากระดับพื้นเรียบ

ในเลย์เอาต์ขับเคลื่อนล้อหน้าแบบตามยาวของ Traction Avant เกียร์อยู่ด้านหน้า เครื่องยนต์อยู่ด้านหลัง และเฟืองท้ายอยู่ระหว่างทั้งสอง การจัดวางเช่นนี้หมายถึงคอเกียร์บนแผงหน้าปัด แป้นเหยียบแบบแขวน เบรกมือแบบร่ม และเบาะหน้าแบบต่อเนื่อง ผลลัพธ์คือ: พื้นที่ภายในกว้างขวางมากพร้อมพื้นเรียบไร้สิ่งกีดขวาง และการไม่จำเป็นต้องมีขั้นบันไดข้างตัวถัง คุณสมบัติเหล่านี้ทำให้รถได้รับความนิยมในแนวคิดลิมูซีนและแท็กซี่ รถยังมาพร้อมเบรกไฮดรอลิกซึ่งเป็นครั้งแรกในการผลิตแบบอนุกรมของยุโรป พวงมาลัยแบบเกียร์เดือดที่เข้ามาแทนที่ worm and roller ในปี 1936 ระบบกันสะเทือนหน้าอิสระแบบแท่งบิด และชุดทรานส์แอกเซิลโลหะผสมอะลูมิเนียม

แต่ต้นทุนก็แพงโหด: ค่าใช้จ่ายในการพัฒนาและปรับปรุงโรงงานทำให้ Citroën ล้มละลายใน ปลายปี 1934 และ Michelin ซึ่งเป็นเจ้าหนี้รายใหญ่ที่สุดได้บริหารบริษัทจนถึงปี 1976 การผลิตหยุดลงช่วงสงครามและกลับมาอีกครั้งในปี 1945 ก่อนจะสิ้นสุดลงใน เดือนกรกฎาคม 1957 รวมทั้งสิ้น 759,111 คัน ทรานส์แอกเซิลอะลูมิเนียมหล่อยังมีชะตากรรมอีกอย่างหนึ่ง: มันถูกใช้ในการปฏิวัติเครื่องยนต์หลังของ Formula One ของ Cooper ในทศวรรษ 1950 - Cooper T51 กลายเป็นแชมป์โลก F1 ปี 1959

Mini และเลย์เอาต์เครื่องยนต์ขวาง: กำเนิดของเทมเพลตสมัยใหม่

เลย์เอาต์ตามยาวของ Traction Avant ประสบความสำเร็จในเชิงเทคนิค แต่ไม่ใช่มาตรฐานของอนาคต การปฏิวัติที่แท้จริงคือการวางเครื่องยนต์ในแนวขวาง: วางเครื่องยนต์ควบคู่กับเกียร์เป็นหน่วยเดียวที่กะทัดรัดบนเพลาหน้า ที่นี่ต้องมีการยืนยันทางประวัติศาสตร์สักหน่อย: เครื่องยนต์ขวางขับเคลื่อนล้อหน้าแบบแรกไม่ใช่ Mini เครื่องยนต์สองจังหวะสองสูบ DKW F1 เป็นผู้บุกเบิกเลย์เอาต์นี้ตั้งแต่ ปี 1931 และ F9 โปรโตไทป์ปี 1939 ของ DKW ที่ออกแบบสำหรับเครื่องยนต์สามสูบก็มีชุดเครื่องยนต์-เกียร์แนวขวางเช่นกัน

สิ่งที่ Mini ทำในปี 1959 แตกต่างออกไป และนั่นคือเหตุผลที่มันเปลี่ยนโฉมหน้าวงการ: ด้วยการออกแบบของ Alec Issigonis ที่นำเครื่องยนต์ขวางและระบบขับเคลื่อนล้อหน้า พร้อมวางเกียร์ไว้ข้างเครื่องยนต์ มาทำให้เป็นแพ็กเกจแบบ ราคาถูกที่ผลิตแบบอนุกรม ภายนอกเป็นรถยาวประมาณ 10 ฟุต หรือ 3 เมตร แต่ภายในให้พื้นที่ใช้สอยที่กว้างขวางอย่างน่าประหลาดใจ - การวางเครื่องยนต์คือสิ่งที่ทำให้ประสิทธิภาพพื้นที่ภายในเช่นนี้เป็นไปได้ ยกเว้นเฉพาะข้อยกเว้นอย่าง Renault 4, Renault 16 และ Renault 5 รุ่นแรกที่ใช้เลย์เอาต์ตามยาวในภายหลัง รถขับเคลื่อนล้อหน้าผลิตแบบอนุกรมสมัยใหม่เกือบทั้งหมดล้วนใช้เลย์เอาต์แนวขวางนี้ เทมเพลตที่เริ่มต้นจากรถขนาดเล็กนี้ ได้กลายเป็นสถาปัตยกรรมที่ครอบงำ ครอบคลุมรถคอมแพกต์ ต่อด้วยรถระดับกลาง และในที่สุดก็รถส่วนใหญ่ในยุคไฮบริด

ทำไมเครื่องยนต์ท้ายจึงหายไป?

การวางเครื่องยนต์ไว้ด้านหลังก็เป็นเลย์เอาต์ที่มีเหตุผลรองรับเช่นกัน เนื่องจากน้ำหนักเครื่องยนต์อยู่บนเพลาที่ถูกขับเคลื่อน จึงช่วยเพิ่มการยึดเกาะ - โดยเฉพาะในสภาพอากาศหนาว เหตุผลคือความเรียบง่าย ประสิทธิภาพการจัดวางแพ็กเกจ การสร้างพื้นที่เก็บสัมภาระและผู้โดยสาร และการนำเครื่องยนต์เข้าใกล้เพลาขับเคลื่อน ในยุคทศวรรษ 1950 วิธีที่นิยมในการออกแบบรถยนต์ขนาดเล็กคือการวางเครื่องยนต์ไว้ด้านหลัง; เลย์เอาต์แบบนี้ในเชิงประวัติศาสตร์ก็ถูกใช้ในยานพาหนะขนาดเล็กมากกว่าเช่นกัน ปัญหาเริ่มปรากฏขึ้นเมื่อขนาดรถใหญ่ขึ้น: น้ำหนักเครื่องยนต์ที่ท้ายรถส่งผลเสียต่อรถยนต์ขนาดใหญ่ และทำลายสมดุลการยึดเกาะถนน ผลลัพธ์คือการค่อยๆ เลิกใช้รถยนต์ขนาดเล็กที่มีเครื่องยนต์ท้าย; ข้อยกเว้นที่เหลืออยู่คือรุ่นอย่าง Porsche 911 ซึ่งเลย์เอาต์นี้กลายเป็นส่วนหนึ่งของเอกลักษณ์และถูกควบคุมด้วยวิศวกรรมอันชาญฉลาด

การวางตำแหน่งเครื่องยนต์ส่งผลต่อการขับขี่และห้องโดยสารอย่างไร?

สามารถสรุปผลของเลย์เอาต์ได้ในสามหัวข้อ:

• เครื่องยนต์หน้า: เป็นตำแหน่งที่ง่ายที่สุดสำหรับการบำรุงรักษา; การเข้าถึงห้องเครื่องทำได้ง่าย และการติดตั้งไว้หน้าให้พื้นที่ห้องโดยสารและพื้นที่ผู้โดยสารที่กว้างขวางกว่า
• เครื่องยนต์หลัง: เพิ่มน้ำหนักลงบนเพลาขับเคลื่อน; ในยานพาหนะขนาดเล็กมีประสิทธิภาพในแง่การจัดวางแพ็กเกจ แต่ในตัวถังขนาดใหญ่ทำให้สมดุลยากขึ้น
• มิดเอนจิน: เปลี่ยนการกระจายน้ำหนักอย่างสิ้นเชิงและส่งผลต่อพฤติกรรมการขับขี่อย่างมาก; จึงเป็นที่นิยมในยานพาหนะสปอร์ต

มีข้อแตกต่างที่ควรระวัง: ตำแหน่งเครื่องยนต์ส่งผลต่อประสิทธิภาพและการยึดเกาะถนนมากกว่าประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิง ส่วนประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิงนั้นเป็นหน้าที่ของความจุเครื่องยนต์ น้ำหนัก และอากาศพลศาสตร์เป็นหลัก กล่าวคือ การย้ายเครื่องยนต์ไปไว้หน้าไม่ได้ช่วยประหยัดในหน่วยลิตรโดยตรง; สิ่งที่มันให้คือห้องโดยสารที่กว้างขวางขึ้นในความยาวตัวถังเท่าเดิม และสมดุลน้ำหนักที่วิศวกรสามารถควบคุมได้

มรดก: การตัดสินใจทางสถาปัตยกรรมของรถยนต์ในวันนี้

ถ้าจำนวนกระบอกสูบ ชนิดเครื่องยนต์ และความจุเป็นหน้าตาที่ปรากฏในหน้าต่างโชว์ของรถแต่ละคัน เลย์เอาต์เครื่องยนต์ก็คือโครงกระดูกที่ซ่อนอยู่ เลย์เอาต์เครื่องยนต์ท้ายที่ตกทอดมาจากยุคของ Benz ทำงานได้ดีในยานพาหนะขนาดเล็กไปนาน; Traction Avant นำการขับเคลื่อนล้อหน้ามาสู่การผลิตแบบอนุกรมร่วมกับตัวถังโมโนค็อก จนเปลี่ยนทั้งห้องโดยสารและคณิตศาสตร์ของต้นทุน; ส่วน Mini วางรากฐานของรถยนต์คอมแพคต์ยุคปัจจุบัน และโดยอ้อมคือตรรกะการแพ็กเกจในยุคไฮบริด ด้วยการผสานชุดเครื่องยนต์-เกียร์แบบขวางเข้ากับเศรษฐศาสตร์การผลิตอนุกรม วันนี้ เมื่อคุณเห็นพื้นเรียบที่ทอดยาวหลังเบาะของซีดานหรือแฮตช์แบ็ก ท้ายเป็นช่องสัมภาระ และด้านหน้าเป็นห้องเครื่องที่ค่อนข้างเล็ก สิ่งที่คุณกำลังมองอยู่คือผลรวมของการตัดสินใจทางสถาปัตยกรรมสองครั้งในปี 1934 และ 1959

แหล่งอ้างอิง

• Citroën Traction Avant
• 1959: The Mini Was Born.
• Transverse engine, explained
• Automotive History: The 1959 Mini Did Not Have The First Transverse FWD Engine
• Engineering the BMC Mini, 1959
• Rear mid-engine, rear-wheel-drive layout
• Why is the Porsche 911 engine in the rear?
• What happened to (almost) all the rear-engined cars?
• How does engine placement affect handling?
• Engineering Explained: Why Engine Placement Is Important
• How Engine Placement Affects Handling
• Traction Avant History
• Buyers Guide: Citroen Traction Avant