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前言:福斯金龜車 Beetle

 

    甚麼樣的車款能夠讓人遠在幾百公尺外,就能一眼認出它?甚麼樣的車款由推出至今,歷時超過一甲子的歲月,卻始終維持著最初的樣貌?儘管該車款仍舊推出新世代,然而改變也是微乎其微。由外而內審視,那渾圓的曲線、俏皮的風貌仍被保留著!是的,我們說的是福斯金龜車(VW Beetle),這可是車壇裡的一頁傳奇、永恆的經典,甚至被評選為20世紀最具影響力的汽車之一。其經典,不只是在於開創性的風冷系統,後置引擎更是他的特色之一,65年的販售時光就擁有約2,100萬量銷售額,可說是歐洲的當紅炸子雞,而1950年代西渡銷往美國後,也是大受好評。可謂是經典中的經典。


1. Beetle基本架構介紹

    身為20世紀的經典車款,追根究柢,金龜車的爆破性熱潮一定有其原因,除了石油危機時期追求經濟實用的歷史因素外,金龜車本身的車身架構也是十分開創性的,主要可略分為水平對臥引擎(Flat Engine)、後置後驅(RR)、風冷式引擎冷卻系統(Air Cooling System),此架構隨著金龜車1939年的問世後便延用至今,隨著銷售的蓬勃而成了一代經典設計。以下,我們將優先介紹金龜車的基本架構:水平對臥引擎、後置後驅與風冷式冷卻系統。

 

1.1 水平對臥引擎
    引擎,乃是汽車的發動機,當燃油與空氣混合進入汽缸後,引擎內部的點火系統會將這些可燃性揮發氣體給點燃爆破,其中的能量釋出將帶動曲軸的轉動,以此將燃油內的化學能成功轉化成動力模式,使得汽車能向前推進。而引擎的構造眾多,若由汽缸的擺放設計來細部區分,可再分為直列式、V型、水平式對臥引擎三項分類。在水平對臥式引擎中,汽缸的排列方式就下圖,呈現相對水平放置的分布,其中以曲軸作中心,左右各自有一組汽缸和凸輪軸,由於左右對稱的汽缸在運作時很像拳擊手在出拳,因此又被稱為「Boxer-Engine」。


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圖1-1:水平對臥式引擎

 

    細部而論,儘管擺放方式可以做出區分,可水平對臥式引擎仍難免被誤解成是180度的V型引擎,但兩者在結構上尚有差距,主要為左右兩處連桿在曲軸上的連接方式相差甚遠。以180度V型引擎來說,左右連桿在曲軸中連接的位置是重疊的,這代表著左右分布的活塞在運動時都是朝向相同方向運作,在物裡意義上,便意味著活塞運動造成的震動無法左右抵銷,故而該引擎發動時都得歷經較大的震動;而水平對臥式引擎則不然,其左右連桿是以區軸中間為中心相對連接的,故而,左右活塞運動時的方向是相反的,物理意義上,活塞運動方向的相背就能使引擎產生震動互相抵消,讓使震動變小。而理所當然的,相對於垂直排列的直列式引擎,水平對臥式引擎的汽缸是左右水平相對運動,因此上下的震動非常小,相比下整體的震動也會比較低。

 

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圖1-2:V型引擎/水平對臥式引擎

 

    承上,水平對臥式引擎雖有優點,但理所當然亦有缺點。首先的問題也是最大的缺點,即是引擎生產成本高出他類引擎不少,對直列式引擎而言,製造引擎時如汽缸本體、汽門外蓋、凸輪軸等零件,只需要完成一組就能構成引擎運作的基本構造,但水平對臥式引擎卻因為引擎腳和周邊配件的安裝孔位不同,必須製造出雙倍的量才能運作,這使得零件無法使用開模的方式直接成對製造,讓成本急遽上升;另一者缺點則是設計的難度,由於汽缸分屬左右,進排氣系統、供油系統等部分都必須設計成分離式,除此之外,考量重力因素,汽缸上半部的機油偏少,容易造成嚴重磨耗,因此水平對臥式引擎需要更加複雜的潤滑系統、排氣系統等系統設計。

 

    最後的問題,是考量引擎乃是汽車零件中重量最重的,放置本身就已不容易,但水平對臥式引擎需要平放的,因此擺放時會接近車身的底盤,裝置時困難度上升。可相反的,水平對臥引擎的擺放由於位置的因素將導致車身的重心變低,因此行進中時會比較穩定,且由於水平運動的活塞平衡良好,因此在曲軸的配重往往較直列式引擎小,引擎整體的重量也可以跟著適度變小。

 

1.2 後置後驅系統

    考量到汽車的整體設計,汽車引擎放置的位置與驅動方式可說是孟不離焦、焦不離孟,能夠被細分成諸多模式,好比前置前驅(FF)、前置後驅(FR)、後置後驅(RR)和四輪驅動(4WD)等,每一種均有其特色與優缺,適用在不同的車種。在金龜車的設計上,後置後驅儼然是他的特色,不過當時採納使用後置後驅並沒有什麼考量動力和駕駛感的追求,主要是1930年代末期,德國逐步展開對外戰爭狀態,幾次的兼併和征戰需求迫使軍隊需要快速的推進與攻擊,而若將引擎和驅動系統同時擺置車頭前,則不免因為敵軍機槍掃射而失去動力,故而才將引擎和驅動系統挪往後置後驅,以避免不必要的損失。

 

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圖1-3:後置後驅設計的金龜車

 

    金龜車當時於戰場上發揮極強大的戰爭運輸功能,而這就得歸功於幾項RR的優點,舉例來說,由於引擎、變速器和差速器都放置後方,根本已經連成一體,力的傳遞路線很短,就不需要另外的傳動軸去耗散動力的傳輸,除此之外,由於車身低,金龜車有不同於其他軍用車的起動與爬坡效能,也由於後驅的關係使得前輪負荷小,轉向變得容易。以上種種優點,讓RR在現代跑車中也相當常見,主要像是保時捷(Porsche)和Sabaru皆是水平對臥引擎的愛用者。

 

圖像裡可能有汽車
圖1-4:納粹軍用金龜車(服役於1940~1945年)

 

1.3 風冷式引擎冷卻系統

    說完了兩點特色,皆在說明金龜車最後一點:風冷式引擎冷卻系統。在介紹冷卻系統之前我們必須了解引擎溫度不當會產生的問題,引擎若是溫度過熱,除了一般眾人所知的會使引擎拋錨外,在零件方面會軟化,這會導致磨損加速,在汽門最為常見的;在汽缸方面,進氣時的氣體也會因為溫度升高而膨脹,這樣會導致容積效率降低,馬力也會下降;混合氣更會在汽缸內毀產生預燃,導致爆震;在燃油方面,機油溫度過高導致消耗變多,這會降低黏度使潤滑不良。然而相反的,引擎溫度過低問題也不小,容易造成汽油汽化不完全,也就是混合汽霧化不良,引擎無法準確發動。而冷卻系統的作用,即是在引擎燃燒過程中,將未利用的熱量盡量散發出去,以使引擎能在正常溫度下完成工作。

 

    金龜車的引擎燃料燃燒產生的熱量高達華氏4,500度(約莫攝氏2,500度),其中有約20%能轉變成機械能,另外40%由廢氣帶走、40%得靠冷卻系統發散冷卻,若熱能轉為機械能愈多則可愈省油,而一般需保持引擎的正常工作溫度約為攝氏70~110度不等,才能使車輛各部分機件發揮應有的功能為了引擎運作過熱。金龜車使用了風冷系統,如下圖,所謂的風冷系統是利用汽缸蓋及汽缸體之散熱片,可以增加散熱面積,空氣流通後帶走較多熱量,為了更有效率許多氣冷式引擎裝有圍板及鼓風機,可以促進引擎四周及汽缸蓋上部之空氣循環。

 

 

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圖1-5:氣冷式空氣流動

 

    福斯車廠選用風冷是冷卻有其考量,這是因為風冷式相對其他的冷卻系統而言,其構造簡單、成本低,同排氣量之引擎的重量也較輕;在零件保養方面,零件也不易損壞、保養容易,部分人甚至可以直接自己修理;這些特色非常適合金龜車,所以金龜車常年都使用風冷式冷卻的原因。不過除了結構和成本上的考量外,仍有另一說表示,當時歐陸戰場冬天天寒地凍,當汽車前驅時將迎面襲來各式冷空氣,水冷式引擎冷卻系統不經天寒,可能會時常結凍,故而改採氣冷式以避免問題產生。

 

 

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曾教授與古董保時捷

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