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縦置きエンジンの4WDと横置きエンジンの4WDは 4WDとしてかなり差があるものなので...

win********さん

2016/12/1918:19:28

縦置きエンジンの4WDと横置きエンジンの4WDは
4WDとしてかなり差があるものなのでしょうか?

縦置きエンジンの4WDをつくってるメーカーって
スバルとアウディくらいですか?

ミッションはスバルはCVTでアウディはDCTですよね?

補足縦置きエンジンの方が動力をドライブシャフトで後ろに送りやすいから
4WDとして素直な作りと思ったしだいです。
それで横置き4WDと差がつくものか?ということが知りたいのです。

あとセダン、ハッチバック、ワゴン限定ということでお願いします。

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ste********さん

編集あり2016/12/2207:04:08

細かく説明すると複雑になるので、以下の3通りに絞ってご説明しますね。

(A) FRベースの4WD (エンジン縦置)
(B) FFベースの4WD (エンジン横置)
(C) FFベースの4WD (エンジン縦置)


■ A) FRベースの4WD (エンジン縦置)

まず、FRベースの4WDですが、もともと後輪を駆動するための構造ですから、エンジン縦置きで、トランスションからそのままリアまでプロペラシャフトを伸ばしたシンプルな設計になっています。しかし、このFR車の前輪を駆動するのが一苦労なのです。特に今時の常用タイプのFR車は、重量バランスのためにエンジンの搭載位置がエンジンルームの後方で、かつ低い位置にマウントされているためスペースが限られています。従って、前輪のドライブトレインは糸を穴を通すような作業で増設されます。どのように前輪を駆動するのかというと、エンジンからきた回転力が後方のトランスミッションに伝わりますが、そこからまた逆方向に前輪までカウンターシャフトを伸ばして前輪のデフにつなげて駆動します。多くの場合、左ハンドル用の設計のため、トランスミッションの右側から、カウンターシャフトが飛び出して前輪まで伸びていることが多いです(添付図参照)。従ってV型エンジンを真っ直ぐ搭載している車両でも左右対称ではありません。前輪に伸びるカウンターシャフトには細いシャフトが使われます。つまり太いプロペラシャフトは後輪駆動のため、細いプロペラシャフト(カウンターシャフト)は前輪駆動のためというわけです。これでわかるとおり、後輪は強靭な剛性を持ちますが、前輪駆動用のカウンターシャフトは弱いです。もしも後輪の駆動系が壊れて、前輪駆動だけで走行しようとすると壊れてしまいます。前輪駆動は補助的な役割というわけですね。多くのFRベースの4WDが後輪偏重トルクですが、それはFRらしいハンドリングを得る目的のほか、できるかぎり前輪の駆動系を簡素化して軽量化とコストダウンをはかる目的もあります。

■ B) FFベースの4WD (エンジン横置)

この世のほとんどのFF車はエンジン横置です。前輪を駆動するにはパーツ点数が少なく、フロントフードを短くできるので大変合理的なレイアウトです。問題は、これを4WD化するときですね。FFのメリットは軽さにありますが、重たいプロペラシャフトとリアデフを増設しなければなりません。また横方向の車軸から後方に重たいプロペラシャフトを増設するため走行抵抗が増え、結果燃費が悪化することになります。しかし、今や世の中はエコの時代。クルマの軽量化は大きな課題です。なのでFFベースの4WD車は、ギア類含めて後輪の駆動系をできる限り簡素につくるようになりました。結果、今やFFベースの4WDのほとんどが簡素な「スタンバイ式4WD」が主流になっています。
エンジンの出力は前輪に直結しており、通常の直進走行では単なるFF車です。それで前後輪をつなぐプロペラシャフトの間に油圧式カップリング等を装備しているのですが、この装置は前後輪で回転差が発生すると装置内の油圧を高めて直結に近づけようと頑張ります。なので前輪が空転などすると、装置内の油圧が高まり後輪にもトルクが」伝わりはじめる仕組みとなっています。滑らないための四駆のはずが、滑ってから出ないと四駆にならないので、「なんちゃって4WD」とも呼ばれますが、これでも頼りになるため一般的な使用では事足りてしまいます。最近は、横滑防止装置などの電子デバイスも発達しているので、これらのセンサーと組み合わせて、より反応を早く、空転を防ぐ制御などを行うようにもなっています。

■ C) FFベースの4WD (エンジン縦置)

通常FF車はエンジン横置なのですが、FF車でもエンジン縦置の車両が存在します。スバルとAUDI(A4以上)が有名ですね。この2社に関しては、乗用型4WDでは圧倒的なアドバンテージがありますが、それは、このエンジン縦置のFF車であることが大きく関係しています。
エンジン縦置のFF車の場合、もともと前輪だけで走るための駆動系を持っています。一方、後輪はFRのようにまっすぐプロペラシャフトを伸ばして、シンプルに本格的なフルタイム4WDがつくれてしまいます。装備は簡素なのに、前輪の駆動系も後輪の駆動系も強靭な剛性を確保しやすいということです。
同じエンジン縦置のFRベースの4WDとの違いは、エンジンの搭載位置です。FR車がエンジンルーム後方にエンジンをレイアウト(フロントミッドシップ)しているのに対して、エンジン縦置FF車は前輪の車軸よりも前にエンジンをマウントします。従って、エンジンとトランスミッションの間からいきなり前輪のドライブシャフトが突き出しています。前輪のデフもセンターデフもトランスミッショと一体化しているので、前輪の駆動系もシンプルなのです。
さらにスバルは水平対向エンジンという武器があって、これはご存時じの通り、軽量低重心で左右対称という特徴があります。エンジンの前後長が極端に短いことも運動性能に有利に働いています。これをスバルでは「シンメトリカルAWD」と呼んでいますが、これは他のフロントエンジン車には真似のできない構造です。他社からしたら反則ともいえるようなアドバンテージがあります。
同様に、水平対向エンジンを積む4WD車としてポルシェ911カレラ4やターボがありますが、こちらはRRベースの4WDです。レイアウトとしてはスバルをそのまま前後ひっくり返した構造で、シンメトリカルAWDと呼べるものです。しかもポルシェはドライサンプ式ですからスバルよりもさらに低い位置にエンジンがマウントされています。RRという危険なレイアウトですでも高い戦闘力を持つのは低重心の賜物ですね。

やや横道に反れましたが、エンジン縦置といっても、FFベースの4WDが構造的にはシンプルであり、有利というのがご理解いただけたかと思います。この他、MRベースの4WDもありますが、考え方は同じで、前輪を駆動するのはシンプルではありません。なので、新型NSXのようにモーターで前輪を駆動する仕組は理にかなっています。

<AUDI クワトロシステム>
https://www.youtube.com/watch?v=MjaCbpw84kw

<スバルシンメトリカルAWD>
https://www.youtube.com/watch?v=9Pi581ii7qA

細かく説明すると複雑になるので、以下の3通りに絞ってご説明しますね。

(A) FRベースの4WD...

  • 質問者

    win********さん

    2016/12/2212:45:12

    詳しい説明ありがとうございます。
    スバルといえば水平対向エンジンとシンメトリカルAWDですが
    左右バランスは良いけどフロントヘビーだとか
    エンジン単体は低重心だけど搭載位置が高いとか聞きます。
    おまけにドライバーが乗ればバランスは右に傾きますよね。
    そこまで大きなアドバンテージなのでしょうか?

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質問した人からのコメント

2016/12/24 23:26:46

すべての回答がとても丁寧だったので
ベストアンサーとさせていただきます。
本当にありがとうございました!

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cooさん

編集あり2016/12/2322:22:30

関係ないと思います。むしろサスペンションの性能や前後重量配分や車体剛性などの方が大切と思います。
例えばアウディttrsですが、エンジン横置きの四駆です。この性能に追いつけるエンジン縦置きの四駆は少ないでしょうね。

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cocoacosoaさん

2016/12/2120:22:15

>縦置きエンジンの方が動力をドライブシャフトで後ろに送りやすいから4WDとして素直な作りと思ったしだいです。
・・・そうですね。技術レベルの低かった1950年代から存在するクロカン4駆は皆エンジン縦置きベースです。

縦置きにもFRベースと縦置きFFベースとありますが、
この二つの大きな違いはピッチングの大きさ。
FFベースの方はピッチングが非常に大きい。高速道路等で、スバルの車と併走または追走してみると良くわかりますが、他の車が揺れないような場所でも大きくピッチングしその揺れが結構残ります。(某ドイツ製RRはもっとひどいピッチングがある)

>横置き4WDと差がつくものか?
縦置き、横置きということよりも「駆動方式」で大きな差がでます。
一概に4WDと言っても
①パートタイム式
②フルタイム式
③オンディマンド式
と有ります。
①はクロカン4駆や軽トラ(ホンダを除く)が採用している方式で、普段はFRで駆動していて、レバーを入れるとセンターデフロック状態の前後トルク配分50:50の4輪駆動になる、
というもので、オフロード性能が優れています。
いや考えれば軽トラの場合は「明らかにオフロード=果樹園の中、田んぼの中」を走りますから当然と言えば当然。
センターデフロックのまま乾いた舗装路を走ると低速域でドドドドドアンダーになるという大きな欠点があります。

②のフルタイム式は
普段の走行から50:50のトルク配分又は30:70等のトルク配分のように常時4駆のもの。
センターデフは基本的にフリーです。
ランドローバー各車はこれにさらに機械的にセンターデフロックもローギアもあります。
車重に対してトルクが非常に大きな車、オフロード走行前提の車に多く見られ、
低μ路面でもトラクションを得ることはでき高速安定性も十分ですが、中低速域でのアンダーステアはどうしても大きくなります。
このアンダーを解消するために各メーカーは独自に色々やっていて、
アウディの縦置き4駆はセンターデフに「トルセンデフ」という機械式デフを用いて、機械的にトルク配分を変動させています。
スバルやランエボはセンターデフを電子制御しているようです。
それでもどうしてもアンダーの強いハンドリングとなるため、A4にはFFモデルがあり、ドイツ等の飛ばす人が多い地域ではあえてFFを選ぶ人が多くいます。

③は所謂「ナンチャッテ4駆」
通常はFFで「後輪が滑ると」センターデフ(殆どはビスカスカップリングという物を使っている)が繋がり、後輪にもトルクが伝わります。
比較的軽量に出来る、というメリットと、通常はFFですのでフルタイムのように大きなアンダーが出ない、というメリットがあります。
「滑ってから」後輪に伝わるので雪道の坂道発進には、FFよりも、有利です。
が、コーナリング中にフロントが外に逃げた場合はその状態で更に後ろから押されることになるので、余計膨らみます。

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sug********さん

2016/12/2119:38:17

具体的にどのような差を求めますか。

具体的にどのような差を求めますか。

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wan********さん

2016/12/2108:30:42

縦置レイアウトだと、一旦後へ出力した回転軸を直交変換するのでコストアップになりますが、左右のタイヤへ伝達するドライブシャフトは同じ長さ(等長シャフト)となります。
ドライブシャフトが等長だと、左右のタイヤへの動力が均等に分配できるので、走行性能が高くなります。
特に、ドライブシャフトの捩れが左右均一となるので、トルク伝達時間差も少なくて済みます。

エンジン出力が後方へ出る事を利用して4WD化したのは、audiのQuattroシステムです。
頑なにエンジン縦置レイアウトを守ってきたaudiも、VW GOLFとのコンポーネント共有でaudi A3では横置レイアウトを採用しました。
それでも、Dセグメント以上では縦置レイアウトを守っています。

その他、エンジン振動について縦置レイアウトは有利です。
エンジンは発生する慣性振動や偶力振動により出力軸と直交する方向に振動します。
この振動が横置レイアウトでは車体前後方向の振動となり、車体を前後に揺さぶります。
VWやaudiはエンジンリアマウントにハイドロマウントを採用して振動を抑えています。

4WDは、FFレイアウト車から発展したものと、FRレイアウト車から発展したものがあります。
FFレイアウト車は横置エンジンレイアウトが多いので、上記のような横置エンジンレイアウトでの性能上の弱点があります。
audiやスバルはFFレイアウト車でありながら、縦置エンジンを採用する少ないメーカーです。

(win_and_mieさんへ)

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uni********さん

2016/12/2000:53:22

日産GTRも縦置きエンジンの4WD。
ランボルギーニアベンタドールはエンジンはミッドシップだけど縦置きで4WD。
ランボルギーニの上位モデルはほぼみんなこのレイアウトじゃない?
ブガッティヴェイロンも同じ。

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