汽車 comment

【小惡魔汽車教室】第四彈 Subaru「SGP底盤」+「四輪傳動」+「水平對臥/DIT引擎科技」介紹

person icon iF 2017-06-05

有別於以往針對引擎、變速箱,這類比較偏重於動力的層面探討,這回小惡魔汽車教室第四彈,Dr.iF將採訪重點轉向日前發表Impreza與即將發表大改款XV的Subaru,主要是它們在日系車廠中,少數追尋歐系車廠腳步,推出模組化底盤、缸內直噴渦輪科技的代表,更別說其招牌的水平對臥引擎、四輪傳動系統,也是值得我們好好探索瞭解一番,以下即是此次小惡魔汽車教室第四彈,針對Subaru科技的全面解說探討。

小惡魔汽車教室第四彈 解說影片 


為了讓網友們可以更清楚的認識Subaru多項科技的特色,為此攝影組同事們特別拍攝一個Subaru科技解說的影片,讓網友們可以更清楚的瞭解各種硬體科技的特色與重點。


★科技1:SGP(Subaru Global Platform)底盤


模組化底盤,這個已在歐系車廠中相當普遍的車體架構概念,主要是以一個底盤平台為基礎,然後依照不同的車型規格,像是房車、旅行車、休旅車等的型式,在做周邊架構的延伸與改造,由於基本架構不變,所以「以一貫之」的這種模組化概念,對於車廠來說節省了不少成本,不必再因為車型格局的差異,另行開發專用的底盤平台。


這個模組化的底盤平台,雖然在歐系車廠已有相當著名的案例,但對於日系車廠來說,近幾年來僅有Toyota(TNGA)、Nissan(CMF)這類大型車廠推出模組化底盤,反觀車廠規模沒那麼可觀的Subaru,也追隨這波全球化的潮流,推出名為SGP(Subaru Global Platform)模組化底盤,首先搭載車款即為日前推出的Impreza,而第二波採用的車款則為日後將上市的大改款XV。


以現階段的模組化底盤來看,基本雛型可分為引擎模組、駕駛艙模組、前部及後部的底盤模組,然後依照車型的大小差異,再做調整及設定,至於SGP底盤的延伸作業,主要是集中於前、後部的改變,駕駛艙則為既有的平台基礎,不過SGP除了「節省成本」之外,還比其它車廠多了「強化車體」的設計概念,以下即會特別針對車體剛性的層面進行解說。

① 車體剛性強化:


以這個官方提供的底盤平台來看,主要分為「灰色」、「橘色」、「綠色」及「紫色」共四種不同的組成部件,鋼材強度的比例,則為紫色>綠色>橘色>灰色的配置。從引擎室的架構來看,在隔音牆、水箱架、輪拱內鈑以及一些連結的細部地方都為灰色(270MPa)的鋼材,由於這些部件並非主要的組成重點,也不是「首當其衝」的重要結構,所以不需要使用過硬或過強的材質,舉例來說,像是水箱架的設計初衷,就是作為置放水箱、冷排、風扇等的配件,所以如果當遭受撞擊自然會變形或損壞,這時只需更換新品即可。



不過將目光瞧向作為主要結構的前方大樑,橘色的部分強度比灰色更高一級(590MPa),除了作為引擎室的井字樑架、擋火牆、避震塔等這類重要部件,也都可以瞧見,提供車體周全的保衛防護。此外除了藉由橘色的強化部件,在防撞鋼樑的內部還追加一塊紫色的橫樑,強度則為SGP底盤中最高,作為抵擋車頭遭受撞擊時的破壞力,保護車內駕駛和乘客的安全。



圖中的綠色鋼材,即是作為擋火牆與避震塔之間的結接結構,以強度比重來說,綠色鋼材是介於紫色和橘色的結構之間,在這裡採用更堅硬的鋼材原因,主要是避免遭受撞擊時,衝擊力量造成A柱部分,甚至連帶造成車艙結構產生變型,而有可能讓車內駕駛或乘客無法順利開門逃生,為此在這裡特別予以強化。


作為車體主要的重要結構,橘色鋼材不僅遍布車艙周圍之外,就連中央龍骨的位置以及座椅下方的橫向連接樑柱,也都可以瞧見採用,妥善的保護車內乘員的安全。


後方行李箱的組成結構,在備胎架、行李箱底板等與安全性無關的地方,皆為灰色鋼材的結構,至於主要車體樑架即為橘色鋼材組成,同時也和置於後保險桿內的防撞鋼樑結合,在二者結合的中間部分則為灰色鋼材,如果當遭受從後方而來的撞擊,而產生可能的變型或損壞的話,只需另行換上新品而不須整組鋼樑更換。


除了入眼所及的車體結構,當車輛遭受撞擊會產生一股衝擊力量,如果這個力量沒有做導引分散,就會造成某部件的變型,甚至危及車內駕駛與乘客,所以在SGP底盤下面,設計三條作為撞擊力量導引的橘色鋼骨結構。作為主要配置的左右二側,在車艙部分的前端,將鋼材改換最強的紫色部件,讓撞擊力量從引擎室傳達到車艙的時候,有著比較強的結構連結性,讓衝擊波得以因此平順的往後傳遞,不至於在此變型損壞而危及前方駕駛與乘客。

②細部修改調整:

轉向系統修正


作為轉向主要機構的方向機,內部的轉向齒輪與齒比則重新規劃,以較小的方向盤轉向就可達到明顯的轉向舵角,以及直接犀利的轉向動態。

引擎腳位置修正


後方與擋火牆結合的後引擎腳,固定位置略有修正改變,能夠減少引擎運作時的震動感及噪音,給予更順暢高質感的駕馭感受。

副車架、三角架強化

(前)

(後)


作為主要底盤結構的前後懸吊系統,下方與車體連接的副車架及三角架,SGP底盤特別針對這些部件進行強化及剛性的提升工程,減少車輛行駛時的扭曲及震動感,營造較舒適及穩健的行車動態。

③懸吊設計重點

前:麥花臣


SGP底盤的前懸吊結構為麥花臣附防傾桿的配置,因為避震器的桶身與負責轉向的仰角連結,所以當轉動方向盤的時候,避震器本身也會跟著旋轉,讓避震器在支撐車體之餘,還要負責轉向的動作,所以較無法完整詮釋車輛在轉向的性能表現。即便如此,因為麥花臣懸吊的配置簡單,肢臂結構不多、開發及後續維修成本較低,加上對應車輛廣泛的關係,依舊是款十分常見的懸吊結構。


為了降低簧下重量、給予前輪較佳的轉向反應,與方向機舵桿、避震器桶身連接的仰角,SGP採用質地較輕且強度較佳的鋁合金材質,與現行多數歐系底盤結構的配置相當。

後:雙A臂


以懸吊型式來看,SGP底盤的後懸吊為雙A臂配置,已經比許多採用非獨立的拖曳臂結構車款優秀,後輪的行車穩定度更高且安全,不過雙A臂的避震器為彈簧及桶身的整合配置,比起彈簧與桶身分離的多連桿懸吊,需要較大的上座空間,也影響了行李箱容積表現。不過也因彈簧與桶身整合的關係,只需一組肢臂就可接合,不像多連桿得額外加大下肢臂體積,作為承載彈簧及桶身之用,增加了懸吊下方空間與重量,較多的連桿配置也帶來日後較高的維修成本。


從下方二組肢臂來看,SGP底盤的後雙A臂不像以往大型A字的結構,節省了額外的重量負擔之外,透過這二組肢臂的夾角改變,或是改換縮短或加長的肢臂,就可對應不同種的車輛、節省成本。像是體重較輕的Impreza,二組肢臂的夾角不須過大,就可承載對應車重,若為又高又重的Forester,透過加大肢臂間的夾角,或是改換較長的肢臂,以較大的力臂來對應車重,而不需另行更換一組大型A臂。


此外後防傾桿的位置,作為連接防傾桿的拉桿(俗稱:李仔串)直接放在下肢臂內,節省置放空間之外,防傾桿的固定位置也與車體連結,因此對於抑制側傾的效果也更直接。


★★科技2:SAWD恆時四輪傳動


Subaru一向引以為傲的SAWD四輪傳動系統,即是將引擎輸出的動力,透過變速箱的變速之後,除了將動力輸出給前方左右二輪,同時也透過一組中央傳動軸,把動力往後傳遞,接著再與一組後方差速器,比照前輪把動力分配給後方二輪,營造更為穩定受控的車身動態。


中央傳動軸的功能,就是作為連接前方變速箱傳來的動力,以及將動力往後傳遞給差速器的中間橋樑,並在中央傳動軸的前後二端,各設有一個萬向接頭,對應不同的動力輸出及車輛行駛時產生的晃動及扭動。


差速器的內部,是由一組傘狀的行星齒輪,將前端輸入的動力做左右分配,但輸出的比例多寡,則是可藉由電腦偵測輪轉速、動力、車速等的數據,推算出來所需的左右比例之後,透過離合器片或是齒輪的鎖定方式,調整出適當的比例分配給後方二輪。


雖然差速器裡的設計結構不算複雜,大多為齒輪結構的運作而已,不過仍需專用的潤滑油作為齒輪或是離合器片間的潤滑,或是將運轉的溫度帶走而降溫,為此在差速器外蓋會設計散熱用的鰭片,降低差速器的工作溫度。


差速器的主要運作齒輪,它的功效其實和變速箱的終傳比齒輪一樣,同樣也有變速的效果,所以如果面對不同動力輸出的車款,內部齒輪的齒比也有不同的配置,將輸出動力做適當的調配,將著再透過左右端連結的傳動軸,把動力傳遞到左右輪來驅動車輛。
  

★★★科技3:Boxer Engine水平對臥引擎

放眼世界車廠,採用水平對臥引擎的代表,一個即是Porsche另一個則是Subaru,這個為了解決常見的直列引擎重心較高問題,而將汽缸及引擎運作方向,改為橫躺設計的水平對臥型式,單就引擎高度來看,就足以減少直立引擎約一半的高度。此外也因引擎重量本就不輕,藉著引擎高度降低,而將置放位置往下放,自然可以達到降低重心的效果,對於車輛操控性能也有一定的助益。


所以從上圖引擎中央的黑色曲軸普利盤來看,以這個中央位置的左右二側,各設有二具缸體及上座等的結構,再加上上面進氣歧管,「總高度」大概才是一般直列引擎的既有高度,不難瞧出水平對臥引擎對於減少引擎高度的明顯效果。


除了缸體、內部零件改為橫躺的設計及運作,就連上座部件的結構也是採橫置的設計,所以因應「左右都有下座」的關係,所以得額外多設計一組進排氣的凸輪軸及周邊配件,引擎二端皆各有二支凸輪軸、氣門等的進排氣系統的上座結構。

進氣歧管修改


就原廠提供的這個「裸機」引擎來看,這具出力心臟就是搭載於Impreza的代號FB16、1.6升自然進氣引擎,其實比起改款前,它的動力依舊維持馬力114hp、扭力15.3kgm,透過修改進氣歧管的內部路徑,讓扭力峰值從4000rpm提前到3600rpm,雖然並不算是個很大的改變,但憑著高壓縮比及變速箱齒比加大的設定,多少仍帶來一些比較有感的加速進步。



由上方往下看,以中間的曲軸為分隔線,在曲軸的二端各自有二個汽缸,以及二組活塞、連桿的配件,運作方式自然就是以曲軸為原點,然後各自往左右端往復移動,並不是像直立式的上下運作,低重心以及左右往復的作動,造就出較為平順且低運作慣性的特性,自然也可以較高的引擎轉速,製造出更多的輸出動力。

AVCS可變氣門正時



正如前面所說,水平對臥引擎的特殊設計,讓它比一般的直列式引擎,額外多了一組進排氣凸輪軸、氣門、氣門彈簧、氣門帽等配件的上座結構,此外為了強化進、排氣的效率,Subaru在進排氣凸輪軸的普利盤,設計了一組油壓機構,可以依照行駛狀況的不同,透過改變普利盤、再帶動凸輪軸的作動,達到延長或縮短進排氣門的目地,讓低速扭力變佳、油耗精進,或是加快缸內氣流動作,讓高速動力因此提升。


以AVCS可變氣門正時的概念來說,低速不須太多空氣,所以進、排氣門的作動便正常,甚至會稍微提早關閉進氣門,讓油氣早點燃燒,營造較為直接的扭力,若在高速狀態,在爆炸行程末段,排氣門就會稍微開啟,讓廢氣開始流出,緊接著在排氣行程、活塞上移的後段,進氣門就提早開啟,讓空氣盡早流入缸內進行噴油及壓縮,獲取更直接明顯的動力。

等長排氣管頭段


不同於直立式引擎的進排氣設計,因為水平對臥引擎的進排氣端都在左右二側,所以作為廢氣的排放頭段,自然也在引擎下方的二端,不過卻也造成排氣頭段路徑可能無法等長的問題,主要是二端排氣頭段要與觸媒結合,不論觸媒放在左邊或右邊,另一端的路徑因此會比置放觸媒端長,因此造成排氣管路不等長,產生排氣互相干擾以及有如打鼓般的排氣噪音。


為了讓頭段能夠二邊盡量等長,像是圖中的觸媒位於右側,所以左邊二缸廢氣排出後,排氣管路就已較為平直的方式,盡量縮短排氣路徑,反觀右側二缸的排氣頭段,因為排出廢氣後就與觸媒整合,所以在接合之前會特別加長路徑、造型變得較為蜿蜒,藉此減少排氣不等長的廢氣干擾與噪音。

  

★★★★科技4:DIT缸內直噴渦輪科技


放眼現今世界車廠,缸內直噴供油、渦輪增壓的這二個出力組合,幾乎已經成為必備項目,做為主力的歐陸車廠,不僅將二者技術整合成熟,甚至還進化到Down-Sizing甚至三缸等的小排量、大動力的水準,反觀日系車廠採用此二整合技術的代表,現階段使用成熟的案例其實並不算多,大多一家車廠旗下僅有一、二具引擎採用此配置,但身為小規模的Subaru車廠,現階段已有1.6升、2.0升二種不同排氣量的直噴渦輪引擎,已稱得上難能可貴。


最早問世的這具代號FA20 DIT心臟,早先搭載於Forester XT,隨後則在WRX及Levorg上陸續採用,也因渦輪增壓引擎調校動力容易,在這三部車款上各有不同的輸出,因應不同的車型動力需求。除了本就專擅的渦輪增壓技術,Subaru自行研發的缸內直噴供油系統,與先前BRZ上採用的Toyota系統D4S最大不同,就是D4S為缸內四隻、歧管四隻的八支噴油嘴,至於Subaru的DIT噴油嘴則僅在缸內設置的四支,供油調校完全由這四組噴油嘴負責。

高壓供油泵浦 

當汽油從油箱的低壓汽油泵浦抽出後,經過油管到達引擎室後,會先將汽油導入這組高壓汽油泵浦進行加壓,這時提高壓力的汽油就會注入油軌,然後再導入噴油嘴,依循行駛狀況的不同,做不同噴射量、次數等的噴油調節,給予引擎所需油量及控溫之用。


渦輪下置擺放 

作為壓榨動力來源的渦輪增壓器,FA20 DIT將渦輪置放在引擎的下方位置,主要原因是排氣頭段位於下方的關係,渦輪的排氣端與排氣管頭段整合,同時也因下置的關係,多少也可達到重心下移的效果,只不過渦輪放在如此緊湊的空間,日後維修保養的施工可能會有點麻煩。

上置中冷器 


當空氣經過渦輪予以壓縮之後,因為渦輪本體溫度極高,吸入空氣會因此加熱,加上空氣經過壓縮也會提高溫度,若將高溫空氣灌入引擎,會造成出力低落甚至爆震的情形,為此進入引擎之前,得先行降溫的動作,而FA20 DIT中冷器位置與以往相同,採用上置式的設計,上方也與引擎蓋開口的導管整合,所以行駛時的氣流就可直接灌入,達到強制降溫的效果。

AVCS可變氣門正時 


作為調節進、排氣門啟閉時機的AVCS可變氣門正時,在FA20 DIT引擎上也有採用,不難看出這顆Subaru研發的引擎,可說是將現階段常見的引擎科技,幾乎全數援引採用,為了就是締造高水準動力的同時,也能顧及現實層面的油耗、排汙的法規限制。


「SGP底盤」+「SAWD四輪傳動」+「Boxer Engine水平對臥引擎」+「DIT直噴渦輪科技」


從這次小惡魔汽車教室第四彈所介紹的Subaru科技,像是模組化底盤、缸內直噴渦輪的這二款設計,就是現階段歐陸大廠在開發、製造車輛時的必備項目,比起其它規模較大的車廠,同為日系車廠的Subabu即便事業規模稍小,但追隨主流的引擎科技、車體平台的腳步卻沒有因此停止,反而積極的研發及推出最新作品,像是FA20/16 DIT直噴渦輪引擎,全新問世的SGP模組化底盤,都是最好的例證,輔以使用多年成熟的水平對臥引擎、四輪傳動系統,讓這些新世代的作品再加分,逐步縮短、加快與國外大廠的距離及腳步。

新聞相關討論