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2024.07.11

车迷钟爱的发动机声音是什么?

目录

喜欢有汽油味的、声音很大的汽车
发动机到底是怎么一回事?
汽油燃烧不能没有空气
消声器演奏的声音
不同类型的发动机所发声音也不同?
采访还在进行中!

喜欢有汽油味的、声音很大的汽车

5月28日,斯巴鲁、马自达和丰田宣布面向电动化时代研发全新发动机。

说明会上,三家公司的高层充满热情地讲述了作为实现碳中和社会的手段之一,发动机发挥着重要的作用。

2024年1月12日,在东京改装车展上,丰田章男会长(Morizo)作为一名“普普通通的车迷大叔”站在台上说了如下一番话。

Morizo

为证明BEV不是唯一通往碳中和的道路,丰田从三年前开始致力于氢燃料发动机的研发。

去年,我们还挑战研发了液态氢发动机汽车、还参加了勒芒24小时耐力赛。若要问我们为何如此执着?

那么我的回答是:因为只有与伙伴们共同努力,才能创造未来。

放眼整个汽车产业,有许多伙伴们的工作都涉及到发动机零件制造。

这些人掌握着支撑汽车产业,使汽车产业变强的技术。

我们不能让行业中的技术人才流失。

但实际上,这些涉及发动机制造的人们,甚至面临无法从银行贷款的窘境。

这种情况,不该出现……我开始想为这些人群们做些事情。

于是,Morizo向丰田提出了心愿。

现在,发动机仍能作为实现碳中和的切实手段,有其发挥作用的一席之地!

所以,让我们继续研究与开发发动机技术吧!让我们成立一个发动机研发项目吧!

在听到这样的心愿后,以佐藤社长为首的经营层们与我产生了共鸣。因此,丰田正式成立了一个推进全新发动机研发的项目。

也许大家听到现在丰田还要执着于发动机的研发,会有种“是不是在与时代背道而驰”的感觉,但事实上并非如此。

创造未来需要这种挑战。

请各位制造发动机的伙伴们,继续潜心钻研发动机制造吧!

摄影:三桥仁明/N-RAK PHOTO AGENCY

此外,在2019年东京车展访谈环节中,当被问及喜欢什么样的汽车时,他坦言道:“我喜欢有汽油味的、油耗高的、声音很大的那种充满野性的汽车”,一语惊人。

显然,发动机吸引了Morizo和其他车迷们,而其魅力之一就是声音。

就像大家喜欢不同流派的音乐一样,每个人喜欢的发动机声音也各不相同。

V型多缸发动机具有高亢的赛车音。

小排量直列发动机则具有强有力的轰鸣声。

美式V8发动机有着“哆哆哆哆”的声音,而气缸不等长的水平对置发动机会发出气流碰撞的震撼声响。

还有“啪嗒啪嗒”的气泡声、涡轮增压器特有的“啾啾”哨声。

此外,一些人通过高端豪华车型的发动机发出的轻微声响能联想到动力十足的发动机。

诸如此类,各色的发动机声令人心潮澎湃,我们将在下文中深入探讨它们的魅力。

新城拉力赛车技展示

发动机到底是怎么一回事?

首先,为了理解通常被称为“发动机声音”的汽车发出的声音,我们需要从发动机的工作原理开始复习。

现在汽车发动机中最常见的是活塞式发动机。将汽油和空气混合的混合气体在筒状气缸中燃烧(爆炸),转换为动力。

正如“活塞式”一词表现的“往复运动”一般,通过活塞的往复运动驱动曲柄轴转动,将其旋转传递给车轮,从而实现行驶。

在曲轴旋转两次期间,完成进气、压缩、燃烧/膨胀和排气这四个行程,即一次循环,这就是四冲程发动机。

四冲程发动机

汽油燃烧不能没有空气

燃料的喷射方式有两种:进气道喷射和直喷。至此为止都是基于进气道喷射发动机在进行说明,这是将燃料喷射到称为进气歧管的吸气管内,形成混合气体后再输入气缸的一种发动机。

直喷发动机则是从吸气管仅引入空气,直接向气缸内喷射燃料,在气缸内形成混合气使其燃烧。

无论如何燃烧燃料都需要空气。发动机声音除了燃烧本身和发动机的机械振动发出的声音之外,还包括将大量空气吸入发动机并排出时的声音。

声音本就是由振动、空气的流动、空气的膨胀/收缩引发。

特别是排出燃烧后的气体的排气歧管(配管)和消声器,都对发动机声音产生很大影响。

为了产生更大的动能,需要相应的大量燃烧能量,能否更有效地将空气送入发动机是关键。

第一种方法是增加每气缸的排气量。

第二种方法是增加气缸数。但是,如果是将气缸排列成1列的串联型,发动机就会很长,发动机舱内的排列布局不理想,因此,有时会将气缸排列成V型,以便更好地排布安装。

话虽如此,考虑到零件数量多导致的成本增加、以及重量和空间方面的影响,用尽可能少的气缸数量来满足需求是更好的选择。

因此,第三种方法是快速排出燃烧后的废气。

相关控制技术有许多。其中一种常见的方法是通过调整排气歧管(用于收集各气缸排出的废气并排放)的长度和形状,以实现顺畅的排放,并抑制排气干扰,这种方法自古以来就被广泛采用。

消声器演奏的声音

各位是否曾在赛道等地方听过从量产车中拆除消声器,即所谓的直管调校的改装车的声音呢?

虽说在排气系统以外也进行了调校,这种车辆产生的爆炸音的粗暴程度,让人难以想象是同样的发动机,这正是Morizo最爱的“放肆喧嚣的汽车”。

现在量产车采用的消声器大多在内部设有多个腔室,通过这些腔室内的排气膨胀和减压,利用隔开房间的隔壁的反射和共鸣来吸收声音,这种结构称为多级膨胀室型。

消声器的结构(多级膨胀室型)

虽然消声器是为了抑制声音而设计的,但由于具有共鸣体,其结构和材料类似乐器,因此不仅可以调节声音的大小,还可以改变声音的音质。

输送大量空气时,如果采取向发动机输送压缩空气的方法,还会引入增压器的声音。

各位可曾听过赛车和运动车型发出的“咻——啪”、“啾啾”等不可思议的声音。

这些都是安装涡轮增压器的汽车特有的声音,当车手踩下或松开油门时,通过排气流动驱动涡轮转动,涡轮的旋转也带动进气侧的涡轮压缩空气,实现增压。

涡轮增压的结构

“咻——啪”,是松开油门时增压后剩余的压缩空气排出的声音。

当无法完全释放的压缩空气返回到涡轮侧时,就会发出“啾啾”的声音。

不同类型的发动机所发声音也不同?

下面让我们言归正传。如前文所述,想要拥有强大的马力,汽车的发动机就要拥有多个气缸。

现在汽车所搭载的发动机中,气缸数量最少的为3缸,近10年来这款发动机多被广泛用于紧凑型汽车;然后是一直以来各种车型最常搭载的4缸发动机;之后还有仅德国汽车厂商搭载的较为罕见的5缸发动机;以及在直列、V型和水平对置款式中会出现的6缸发动机;最后,全球市场上还有8缸、10缸、12缸等款式,它们均被称为多缸发动机,具有高功率、高性能等特点。

而直列、V型、水平对置等词语,均表示多个气缸的排列方式。

气缸在曲柄轴上一字排开的结构被称为直列发动机;气缸以曲柄轴为中心V字排列的被称为V型发动机;曲柄轴的左右水平方向上放置两组气缸,其活塞向相反方向运动(譬如右方的活塞会向左方运动)的被称为水平对置发动机。

V型发动机的气缸分成两列,相邻的气缸呈现出V字,这个角度被称为夹角。

在了解了上述知识后,让我们来梳理一下这些结构会对发动机音产生怎样的影响吧。

首先考虑气缸的数量。简单粗暴地概括就是,气缸的数量越多发动机音就越轻柔。大家可以回忆一下刚才我们提到的四冲程发动机结构。四冲程发动机在曲柄轴旋转两圈期间完成一次工作循环(燃烧)。

如果以比怠速稍高一些的发动机转速1000rpm来推算的话,3缸发动机每分钟会发出1500圈,4缸的话2000圈,12缸6000圈的节奏爆震音。气缸的数量越多节奏就越紧凑,爆震音听起来也会越流畅,而且节拍的重叠还能使声音听起来更厚重。

接下来,让我们来对比一下气缸数相同,但排列方式不同的直列和V型6缸发动机。直列6缸发动机的构造是,处于“进气、压缩”状态的气缸和处于“燃烧、排气”状态的气缸总是呈对照的形式运动。

这样能够有效抵消移动中所带来的纵向与横向震动,保证发动机自身的平衡。因此,直列6缸发动机以及,由两组直列6缸发动机以夹角形式组合而成的V型12缸发动机,被誉为拥有“绝对平顺性”,具有不掺震动杂音的干净的发动机声浪。

即使排气歧管集中在一起,排气时也不会相互干扰,能够保持顺畅地排气。排气管的操作自由度高,也是保证这款发动机声音干净的原因之一。

而V型6缸发动机不具备绝对平顺性,所以会随着纵向与横向的摇摆出现扭曲的震动,因此,结构设计还要考虑到抑制振动。另外,又因其结构更加复杂,导致使用的零件数量增多,这也是机械音增加的主要原因。

虽然V型6缸发动机的设计让两列气缸的结构更紧凑,但也正是因为V型的构造,导致发动机舱内的空间受限,排气管操作的自由度较低。也就是说,很难发出穿透力强的发动机音。

然后,让我们来讲讲有些不可思议的V型8缸发动机。即便是相同夹角的V8发动机,也会因为曲柄轴形式的不同而导致发动机音不同,采用了十字曲轴的美式V8发动机会发出“哆哆哆”的狂躁声音,而采用了平面曲轴赛车类型的发动机,则会发出具有穿透性的“咔——”的声音。

采访还在进行中!

那么,不同形式的发动机会发出不同的尾音吗?

关于被称为BOXER(拳击手发动机)的水平对置发动机,以及与活塞式发动机结构完全不同的转子发动机,我们将请斯巴鲁和马自达的工作人员协助讲解。

下面将为各位读者分享一段发动机声浪录音,出自为GR YARIS专门研发的G16发动机。这段录音不是车外录音,而是来自发动机在测试平台上转动时收录的声音。请大家注意调整音量收听。

粗犷、奔放的发动机音,为何会升华成令人激情澎湃的声浪?让我们继续深入了解“发动机音痴迷者”们的研发思路,期待接下来的相关报道吧。

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