汽車種類的演化◆最大宗的車型Sedan轎車

以當前全球汽車種類而論,Sedan轎車(美國稱為Sedan,英國則為Saloon)無疑是最大宗的車型,但要論車身種類的發展,其實當第一部汽車發展之時,並不是以轎車的型態問世,就算汽車到了Ford T型車開啟了以流水裝配線大量的時代,但車體結構仍近似過往馬車設計,座艙以方正格局,而原先連結馬匹的裝置改為引擎室,比較趨近於「雙廂式」造型,第一廂為裝載引擎用之空間,第二廂則為駕駛與乘客的乘坐空間。

身為汽車的發明者,M.Benz車種的演化,可說是汽車發展的縮影。

英文為Sedan的轎車車體形式由來,主要是因為名為「Sedan Chair」的古代轎子,中間為乘坐廂,而乘客廂前後有著長握柄供人背負,區分為三區塊的設計,與後來具備引擎室、乘客廂與行李廂的三廂式近似而得此名。

要了解Sedan轎車的發展沿革,最早可追溯至1950年代,當時在大西洋的東西兩端,美國與歐洲的汽車市場開始發展出三廂房車,不僅增加車身空間的運用,也可讓車輛行駛時的空氣力學更為優異,就此奠定了轎車於汽車市場中的重要地位,至今依舊難以動搖。

1950年代問世的M.Benz Ponton,可說是當前豪華轎車之先驅。

三廂轎車已成為汽車的代表車種,許多迎賓禮車或政府用車,皆採用轎車車種為主。

汽車種類規格完全解讀-引擎篇

直列式引擎

直列式引擎為目前市面上一般乘用車最常見及傳統的引擎配置,顧名思義直列式就代表引擎的所有汽缸均排列在同一平面上,引擎代號大多以L或是I呈現,其中又分為直式及橫式兩種(視汽缸的排列為縱置或橫置),但無論縱置或橫置引擎,它們的優點都是引擎本體體積較小,成本也較低,因此非常適合小排氣量的小車,以及一般乘用代步車使用,也是目前四缸汽油車型最常見的引擎型式(基本上市面上所有2.0升以下引擎都採直列式配置)。至於這兩種直列式引擎的缺點,大多是引擎運轉時不夠細膩,同時活塞震動的情況較大,對於舒適性的表現不如其他型式的引擎。

縱置引擎

縱置引擎最大的特點就是常出現在後輪驅動及四輪驅動的車型上(尤其是BMW特別愛用),原因在於縱置引擎的曲軸和車輛傳動軸平行,可以減少一次的傳動方向轉換,不僅可以降低動力的損耗,同時也可以降低成本。不過縱置引擎也不是完全沒有缺點,在汽缸保持在同一直線的情形下,受限於車體引擎室大小,可以對應的汽缸數不如V型及水平對臥等引擎來得多,而且引擎本身的功率較低。

BMW是縱置引擎的愛用者,從汽缸的垂直排列就可以看出端倪。

縱置引擎最大的問題在於,引擎本身並不是一種平衡結構,雖然在小排氣量的的情況下影響不大,但是會隨著排氣量的加大,以及汽缸數量的增壓,導致震動感受愈為強烈。因此當排氣量較大的時候(超過2.0升以上),大部分的車廠都會替直列式引擎安裝平衡軸,甚至用到兩隻平衡軸來減少震動,這種引擎本身不夠水平的震動感,在三缸、五缸這些汽缸數不對稱的引擎上面會更為明顯,也是目前積極開發三缸車型車廠努力解決的問題之一。

直列式引擎常搭載在後驅或四驅的車型,可以減少動力損耗。

橫置引擎是直列式引擎的延伸品種,同時也是目前最常見的引擎規格,我們熟知的Toyota Altis(幾乎品牌全車系)、Ford Focus、Nissan Sentra等車型都是採用橫式引擎配置,原因其實很簡單,就是因為橫式引擎的曲軸、變速箱輸入軸等都是平行的,非常適合搭載於前輪驅動的車款上面,由於動力傳輸的距離較短、方向一致,所以動力的損耗相對較低,不需要太大的排氣量及汽缸數便可達到一定的馬力性能,效率較高。另外還有一個優勢,就是橫置引擎的體積不會太大,同時大多搭載於前驅車型,可以創造出相當大的車室空間,對於強調舒適性與車內空間的一般代步車型而言,確實非常具有吸引力。

這兩張圖是同一具橫置引擎,分別是單體與裝載在汽車上的樣貌。

而橫式引擎最大的優點,同時也是最重要的一點,便是製造成本相對低廉,由於汽缸呈水平直線排列,因此車廠在打造引擎時只需要製作一個汽缸本體、汽門上座、凸輪軸等主要部件,便可完成一部引擎,在製造的成本可以壓低,同時卻能提升良率,後勤的保修更加簡單便利。

但除此之外,橫置引擎的缺點則和直式引擎同樣有著震動較大的劣勢,還有傳動軸左右不等長的配置,會造成兩個前輪(傳動輪)有著不同的轉速差,性能較好的車型就非常有可能發生扭力轉向的情形,安全性與操控性上都不如V型和水平對臥引擎來得出色。

 

目前國內市售的車型八成以上都搭載了橫式引擎。

水平對臥引擎

水平對臥引擎在車界算是個特立獨行的存在,主要原因是因為目前全世界也只有兩間車廠使用這樣的引擎,分別是日本的Subaru和德國的Porsche,兩者也都訴求優異的操控性及性能,水平對臥引擎的最大優點便在於此。水平對臥引擎將汽缸分為左右兩邊,並採用和地面水平的方式擺放,同時盡可能地貼近地面,讓引擎的重心降低,可以降低因為操駕時引擎所產生的左右晃動,進一步強化車輛的操控性。另一個重點就是水平對臥引擎在運作時,左右兩側的汽缸活塞是採水平作動,一來可以互相抵銷兩側的晃動,引擎也不會有額外的上下震動,在舒適性上也有一定的幫助。

水平對臥引擎的優點就在於低重心與震動小。

水平對臥引擎的優點非常突出,但相對的劣勢也不少,其中最令人詬病的便是製造及維修成本。由於引擎的本體為左右各一的配置,因此無論汽缸本體、上座、凸輪軸等都要雙倍,不僅耗時費工,成本也提升許多,再加上引擎室內除了引擎本體外並非對稱式的結構,因此引擎腳與周邊配件的安裝鎖點也不盡相同,組成零件也不一樣,所以在維修上也更為不便。另外由於水平對臥引擎本體呈現扁平狀,因此在冷卻系統、機油潤滑等方面都需要特別設計,效果也不如一般的直式引擎出色。

Porsche與Subaru是目前世界上唯二使用水平對臥引擎的車廠。

V型引擎

目前市面上常見的V型引擎車款,幾乎都是大排氣量或是性能車種居多,主要的原因就是因為它運轉順暢、可容納的汽缸數更多的原故。V型引擎的構想源自於之前所提的水平對臥引擎,並將汽缸夾角角度為180度的汽缸,改為60、90、120度夾角,依複數的汽缸分成兩部份配置於曲軸的左右兩邊,將汽缸分成兩邊呈V型可縮短因汽缸的增加而增加引擎的長度,最主要的區分方式是依照汽缸數量的多寡,角度愈大的引擎汽缸數量也愈多,以此類推。

V型引擎由於成本較高、重量較重等因素,通常搭載於高級或性能車上。

V型引擎的優點便在於平衡性,穩定性介於直列式與水平對臥引擎之間,汽缸運作時的左右晃動可以相互抵消,但仍然會有活塞上下作動的震動,同時可有效減少引擎的體積,增加車室空間,不論是前輪驅動或後輪驅動的汽車都可適用,且汽缸數量甚至可達12缸。此外V型引擎的供油系統較直列式引擎來得更為細膩直接,因此強勁的動力輸出便是其最大的特色,同時V型引擎特有的引擎聲浪,絕非直式引擎或水平對臥引擎可以相比,也是大多數熱血車迷追求的天籟。但相對的V型引擎由於內部零件多,除了需要使用兩個汽缸頭外,重量重、成本也較高(引擎本體及汽缸數較多)、容積效率較低,因此經濟型車款上較不常見到V型引擎的配置。

Lamborghini Aventador也是採用V型引擎的配置。

 

W型引擎

W型引擎又可以視為V型引擎的延伸品種,簡單說就是將兩個V型引擎並排列成為一個W字母型的引擎設計,可以最大幅度的利用空間,在最小的容積內擺放最多的汽缸數,達到減少引擎體積、重量,同時提供更大的動力輸出。目前市面上可以看到的W型引擎,其實是由VW把兩具汽缸夾角只有15度的VR6引擎組合而成(VR6引擎最大馬力295hp,曾搭載於VW Golf R32、Passat VR6車型上),創造出世界上體積最小的12汽缸引擎,大幅改善了直列式引擎先天上的限制,W型引擎所省下來引擎室空間,也讓設計師可以在車輛上進行更多安全性、舒適性的設計。

目前市面上見到的W12引擎室VW把兩具VR6引擎組合而成。

簡單來說W型引擎的優點是能夠盡用引擎室空間,令到引擎體積、重量減少,同時提供更多氣缸運作,在擁有綿密充沛的輸出時為車輛提供更大的馬力,因此就連Bentley和Bugatti等豪華超跑車廠都使用了W型的引擎。但就和水平對臥引擎等較稀少的規格一樣,W型引擎的缺點同樣就是成本太過昂貴,只會在豪華車款或是頂級超跑中才會看見,後續的維修保養也相當不易,但仍然是眾多車迷心中的引擎首選。

 

Bugatti Chiron就是搭載了W12引擎,才能壓榨出超過1000hp以上的驚人馬力。

凸輪軸與氣門

引擎內的凸輪軸是負責控制進、排氣閥門的開關(氣門),可以說是引擎動力傳輸至關重要的一環,其中又可以依照凸輪軸的所在位置,分為OHV、OHC兩種規格。

OHV就是「Over Head Valve」的縮寫,也就是說氣門在汽缸頭的結構引擎,而凸輪軸則位於汽缸體上,此種設計的引擎大約都採一汽缸二氣門,兩個氣門分別負責進氣與排氣,藉由推動連桿擺動達到啟閉氣門的效果,但因為機件多,反覆動作過程較大,損失的動力較大,也因為連桿過長會導致高轉速運轉時,汽門正時控制不如OHC來的精確。

OHC的縮寫則是「Over Head Camshaft」,直接將凸輪軸安裝於氣缸頭上,經由皮帶或鍊條帶動,來達到啟閉氣門的功能,OHC規格是目前汽車引擎的主流,省略了很多繁雜之機件,不禁可以提高汽缸的工作效率,同時也降低了製造及維修成本。由於科氣的進步,大多數汽缸的氣門也由原先的兩個變成四個,如此眾多的氣門單靠一支凸輪軸控制,會造成凸輪軸負荷過大,因而衍生出DOHC雙凸輪軸的版本,使用兩根凸輪軸分別控制進、排氣氣門,可以降低負荷並且減少磨擦受力,對引擎輸出及耐用度來說都更為優異,但SOHC單凸輪軸的引擎仍然有在生產,因此我們在汽車的規格表中可以看到引擎的形式大多分為SOHC、DOHC兩種。

OHV雖然是較老舊的技術,但仍然是許多美系車廠的愛用引擎。

美國肌肉跑車始主Corvette仍然搭載了6.2升V8的OHV引擎。

DOHC為目前主流的引擎技術,耐用性及效率都相當優異。

汽車種類、規格完全解讀-變速方式有幾種

手排變速箱(MT,Manual Transmission)

是汽車變速器中最基本的一種,包含離合器與手動變速箱二個主要部份。離合器是用來將引擎與變速器分離與結合的機械,透過摩擦片的摩擦傳遞動力,換檔時要先踩離合器,將引擎與變速器分離,才能依需求改變齒輪比換檔,接著放開離合器讓引擎與變速器重新結合繼續傳遞動力。

離合器又可區分為乾式與溼式兩種,簡單來說溼式離合器就是磨擦片泡在變速箱油裡,能承受較大的負荷、壽命也較長,但因此結構較複雜、體積較大,導致動力傳遞效率較差。而乾式則相反,利用空氣散熱,結構簡單所以傳遞效率也較佳,但摩擦片少了變速箱油冷卻與潤滑容易因過熱燒毀。

離合器可分為乾式與溼式兩種類型

自排變速箱(AT,Automatic Transmission)

為了使汽車的操作更為方便,汽車工程師開始研發自排變速箱,簡單來說就是車輛行駛過程中,可以自動改變齒輪傳動比的一種變速器。GM在1940年發表的「Hydra-Matic」,是史上第一台大規模量產的自排變速汽車,但真正突破性的改進是二戰時,Buick為了避免坦克在戰場熄火所開發的液力變矩器,成為現今自排變速箱的基礎。現代的自排變速系統裡面含有功能類似離合器的液力傳動系統、行星齒輪機構、液壓傳動系統、電子控制系統四個主要部份。

 

自排變速箱比起手排變速箱具有簡便、行駛平穩、不用擔心熄火等優點,而且因採用行星齒輪原理,可不增加體積來提升檔位數。但自排變速箱的缺點就是成本與維修費用較高昂,另外早期燃油效率與功率遠低於手排變速箱,不過隨著車廠不斷改良、進步,近年來差異已不明顯。

無段自動變速器(CVT,Continuously Variable Transmission)

從自排變速箱衍生的無段自動變速系統(CVT,Continuously Variable Transmission),則是利用鋼帶及滾輪間的摩擦力來傳動,透過主動滾輪與被動滾輪兩者的半徑變化,達到改變齒輪比的目的,比起傳統液力式的變速箱利用多組齒輪換檔,CVT的動力傳遞更直接、損失更少,最重要的是因為無段控制齒輪比,能達到無頓挫的行車舒適性。

近年來CVT搭配電子控制設器後,可以很順暢進入省油齒輪比,但如果在高扭力情況下還是會有較高油耗,而自排變速箱比起CVT更禁得起高扭力、耐用,所以仍有不少車廠努力開發傳統自排變速箱,在2015年Toyota就率先發表了十速前自排變速箱。

 

手自排(Manumatic)

手自排變速箱與自手排變速箱,因名稱過於接近、操作方式也差不多,所以一般容易搞混這兩者差別。手自排本體是自排變速箱,但能用手動操作的方式換檔,目的是為了讓駕駛提高換檔效率,以及享受手排車的駕馭樂趣。不過為了避免換檔錯誤造成車輛受損,當駕駛在不適當的情況換檔時,電腦會強制干涉檔位不作用或是自動換檔。因為本體仍是自排變速箱,所以依然會有自排變速箱耗油、不耐用、換檔效率較差等缺點。

自手排(SAT,Semi-automatic transmission)

半自動變速器,又稱自手排變速箱,簡單來說本體是傳統手排變速箱的構造,但離合器則由電腦操控。在D檔的情況下相當於一般自排車,切換為自手排模式後駕駛人只需換檔,不需踩踏離合器,而是交由電腦判斷最合適的時機自動收放離合器,因為本體是手排變速箱,所以兼具傳統手排省油、高效率,以及自排簡單好操作的優點。另外雖然換檔是交由駕駛操作,不過部分自手排的車輛當轉速拉到紅線斷油時,電腦會自動升檔以保護引擎。

 

雙離合器變速箱(DCT,dual-clutch transmission)

自手排一開始出現僅有單離合器,後來進一步改良開發出雙離合器,歷史可追溯到二次世界大戰前,1980年首先應用在Ford Fiesta Mk1、Ford Ranger等車型,真正獲得注意是Porsche 962C賽車,使用雙離合變速器獲得優異戰果,不過那時因技術不夠成熟,直到2000年後才逐漸推廣到一般民用車上。單離合器的優點是造價便宜、結構簡單耐用,但缺點是換檔時會有明顯的頓挫感。雙離合器顧名思義是利用兩組離合器,分別負責單數及雙數的檔位,令換檔速度有大幅度的提升,效率與燃油甚至不輸傳統手排變速箱,兼顧了手排與自排的優勢,但體積大及高損壞率是其最大的缺點。

而目前各車廠對於自己所研發的雙離合器變速箱都有各自的稱呼,Porsche稱為PDK(Porsche Doppelkupplung),VW則稱作DSG(Direct Shift Gearbox),Ford則叫做PowerShift。

 

前置前驅(FF,Front-engine,Front-wheel drive layout)

是近代汽車最常見的配置模式,具有許多優點,包含傳動零件較少、節省燃油、增加車內空間、車輛轉向操作容易,但缺點是前輪要負擔一半以上的車重、前輪耗損大、高速行駛穩定性較差、行駛上坡容易打滑、下坡容易翻車、會有轉向不足等缺點,但整體來說操控安全性仍較其他配置方式高。

前置前驅有橫向引擎及縱向引擎兩種配置

 

前置後驅(FR,Front-engine,Rear-wheel drive layout)

早期汽車大多使用此配置,在現代各大車廠則是使用在高級車種,藉由傳動軸將動力傳遞至後輪,因此後輪能分擔部分引擎重量,使汽車配重較平均(大約前55%後45%)、操控、煞車力也較佳,但因為要將動力傳遞至後輪,導致傳動零件增加、油耗增加、車內空間較小等缺點,另外容易發生轉向過度的問題,因此多半輪距及軸距會較長,以增加過彎時的穩定性。

 

後置後驅(RR,Rear-engine, Rear-wheel drive layout)

現今大多運用在大客車上,一般轎車極少採用此配置。優點是結構簡單、零件較少,如果打滑時駕駛還能利用前輪修正方向。缺點正好與前置前驅相反,因重量大多在後車軸,高速過彎時會有發生轉向過度的情況,因此操縱此類車型需要一定的技術與經驗。世界上採用此配置最知名的車款是Porsche 911系列,特殊的操控性受到許多車迷許愛。

 

中置後驅(MR,mid-engine,rear-wheel-drive layout)

所謂中置引擎,是將引擎配置在前輪軸之後,中心落在四輪之間,因此車輛得到良好的前後輪配重比,甚至可達到50:50,擁有敏銳良好的操控性,但因為採後輪驅動,高速過彎時後輪容易側滑,發生轉向過度的情況,置於中置前驅因需要佔據較大空間,所以現今車廠大多不採用。

 

中置後驅還可分為兩種類型,第一種是前中置後驅(FMR,Front mid-engine,rear-wheel-drive layout),容易使人誤解為前置後驅,也就是引擎放在駕駛前,但變速箱卻延伸至車艙內。現今很多跑車常使用此配置,取代早期的前置後驅,著名車款有M.Benz SLS AMG、Lexus LFA、Nissan Fairlady Z系列等。

後中置後驅還可區分為,引擎置於後輪軸前與引擎橫列在後軸上兩種。

第二種是後中置後驅(RMR,Rear mid-engine,rear-wheel-drive layout),兩種方式最大差別在於,前中置的引擎為縱向擺放,因此駕駛艙往後靠,引擎蓋也必須跟著加長。後中置引擎則犧牲後車廂空間,所以基本上只會在跑車上看到此種配置,另外方程式賽車則從最早的前置後驅改為現今的後中置後驅。

 

四輪驅動(4WD, 4-Wheel Drive)

四輪驅動的發明,最早可追朔至十九世紀,一開始多半應用在卡車上,後來擴展到越野車與一般車,但真正發揚光大是Audi在WRC賽場上,使用Quattro四輪傳動系統取得優異戰果,吸引其他車廠投入四輪驅動的研發。近年來隨著SUV車型愈來愈受到喜愛的風潮,各大品牌SUV逐漸強調四輪驅動的功能。四輪驅動是在變速箱上再加裝「分動箱」的動力分配裝置,使車輛的四個輪子皆獲得動力,相較二輪驅動更能適應抓地力不足、下大雨的惡劣路面,讓車輛擁有更好的穩定操控。根據不同設計可再將四輪驅動分為多種類型,而引擎配置前、中、後的車輛均有。

 

分時四驅

可以依據需求適當的以手動切換傳動模式,在一般路況下使用2WD,當遇上路況不佳需要抓地力時,可結合傳動軸變成4WD的模式,此時前後輪的動力是固定的50:50,採用加力箱設備的車輛,則可進一步配置扭力鎖定。整體具有構造簡單、與其他形式的4WD相比油耗較低等優勢,經常使用在有越野需的Pickup、越野車等,已較少使用在一般乘用車。

適時四驅

基本上在一般的路況僅會驅動前輪或後輪,以達到省油節能的目的,不過當車輛傳動輪打滑或失去抓地力時,系統便會自動切換成4WD模式,恢復抓地力後便再度轉回2WD模式,能夠兼顧經濟性與車輛在特殊路況中的脫困性,現今大多搭配在SUV車款上。

Audi 的四驅系統Quattro在1980年代的賽場上取得輝煌成績。

全時四驅

全時四驅不管在任何情況下都是以四輪傳動,構造複雜、零件增加(主要是安裝更多的限滑差速器),所以配備全時四驅的多半是高級越野車、豪華轎車、跑車、CUV等較昂貴的車型,即使沒有越野的需求,但仍可提升車輛的穩定性及加速性,不過無可避免油耗也會增加。

混合動力式四驅

此特殊的四輪驅動系統,是因應油電混合車型所誕生的系統,可以讓汽油或柴油引擎驅動前輪或後輪,再以電動馬達驅動另外兩輪,達到前驅、後驅、四驅都可實現的驅動系統。

 

中置四驅/後置四驅

一般四輪驅動的車輛幾乎都採前置引擎的形式,但仍然有少部分超跑、跑車採用中置與後置四驅,比起前置四驅,中置、後置四驅的操空性、過彎極限都再進一步增強提升。中置四驅的代表車款有LamborghiniHuracan、Audi R8、Bugatti Veyron等,後置四驅的代表車輛為Porsche 911 Carrera 4/4S。

 

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