Звуки автомобільного світу такі ж різноманітні, як і автомобілі, з яких вони виходять, причому деякі ноти двигуна майже миттєво впізнаються. Наприклад, неможливо помилитися в глибокому, дикому гарчанні класичного 7-літрового Hemi V8 або в трубному ревінні V6 Nissan GT-R на повній швидкості, особливо спеціальної версії R35. Деякі виробники вважають звук двигуна невід’ємною частиною ідентичності автомобіля, навіть називаючи його видом мистецтва. Але це не відповідає на одне фундаментальне питання: всі вони є двигунами внутрішнього згоряння, то чому вони звучать так по-різному?
Пояснення набагато складніше, ніж "Тому що у V8 на два циліндри більше". Двигуни V8 видають великий діапазон нот, як і V6. Наприклад, новіший V8 Ferrari звучить зовсім інакше, ніж сучасний масл-кар аналогічного віку. Щоб зрозуміти акустичні відмінності між V8, V6 та іншими типами двигунів, потрібно враховувати, як і коли працює двигун.
Порядок запалювання, тип колінчастого вала, впуск і випуск, а також профіль розподільного вала впливають на ноти двигуна. Двигуни V6 і V8 мають різні характеристики балансування і порядки запалювання, що означає, що вибухи всередині двигунів відбуваються з різною швидкістю та інтервалами. Це створює різну резонансну звукову частоту, яка додатково диференціюється всіма вищезгаданими факторами, що призводить до того, що дві конфігурації двигуна видають абсолютно різні ноти. Давайте дослідимо фізику того, як працює кожен двигун і чому він звучить так, як звучить.
Наука, що лежить в основі аудіо частот і вібрацій
Фізика звукових частот – надзвичайно складна тема, пов’язана зі спеціалізованою галуззю аудіоінженерії, яка виходить за рамки цієї статті. Щоб спростити, давайте розглядати V6 повністю ізольовано від вихлопної системи, впуску, звукоізоляції та всього, що може вплинути на його природний звук. По суті, двигун створює звук за допомогою хвиль тиску, які створюють плоский звук. Однак тут ми вводимо кількість циліндрів. Зауважте, що це не стосується конфігурації VR6, яка дещо відрізняється від V6.
Кожен оберт колінчастого вала V6 маніпулює шістьма різними поршнями в певному порядку, і ці поршні будуть знаходитися на різних стадіях своїх ходів. Оскільки поршнів менше, це означає, що в середньому відбувається менше вибухів за один оберт колінчастого вала. Крім того, ці поршні будуть запалюватися з іншими інтервалами, ніж у V8. Хвиля тиску утворюється кожен раз, коли вони запалюються, а це означає, що через колектори V6 резонує менше хвиль тиску, ніж через V8 за один оберт.
Ці хвилі тиску створюють певну частоту, і ці частоти можуть взаємодіяти одна з одною, як акорди під час гри на гітарі. Це надає V6 його природну базову частоту, яка потім модифікується за допомогою всіх інших факторів, таких як впуск, випуск, профіль кулачка тощо. Крім того, оскільки V6 має непарну кількість циліндрів на блок, існує невід’ємний дисбаланс сил, що рухаються вгору і вниз. Це створює пов’язані з цим вібрації, які необхідно компенсувати за допомогою балансувальних валів, що ще більше спотворює звук природної хвилі тиску.
Геометрія двигуна і звук
Далі давайте розглянемо невід’ємні характеристики V8 і те, як вони створюють його специфічний звук. V8 бувають двох основних конфігурацій, залежно від орієнтації колінчастого вала: з хрестоподібною або плоскою площиною. Вони видають специфічні звуки, причому з хрестоподібною площиною – традиційний масл-кар, а з плоскою – екзотичний європейський V8.
Якщо дивитися спереду, колінчастий вал з хрестоподібною площиною виглядає як хрест, з двома штифтами кожні 90 градусів. Його конструкція гарантує, що завжди є два циліндри, які рухаються вгору на кожні 90 градусів обертання, з одним циліндром на такті згоряння. Ця якість надає V8 з хрестоподібною площиною його характерну ноту, причому звук викликаний порядком запалювання хрестоподібної площини. Блоки не запалюють циліндри по черзі – натомість вони мають непарну послідовність запалювання, щоб досягти рівномірного порядку запалювання. Візьмемо за приклад базовий Chevy small-block. Порядок запалювання 1-8-4-3-6-5-7-2, що в перекладі на те, який бік запалює, стає L-R-R-L-R-L-L-R. Зверніть увагу на з’єднані сторони – це те, що забезпечує цей характерний звук, схожий на бурчання, порівняно з плоскою площиною або V6, які зазвичай чергують, який блок запалює.
Нарешті, ще одним важливим фактором, що впливає на звук, є кут нахилу двигуна, тобто кут "V" між кожним блоком циліндрів. Це визначає, коли циліндр досягне верхньої мертвої точки і буде готовий до запалювання. Конфігурації V6 і V8 мають свої власні оптимальні кути нахилу, які визначаються формою колінчастого вала; відхилення від цього призводить до нерівномірного запалювання двигуна. Двигуни V6 зазвичай використовують кут нахилу 60 градусів, як, наприклад, цей звичайний GM V6, який використовувався в багатьох Pontiacs (хоча деякі двигуни V6 використовують кути 90 градусів), що дозволяє блокам циліндрів рівномірно обмінюватися тактами потужності, створюючи більш плавний звук вихлопу, ніж у V8 з хрестоподібною площиною.
Довідкова інформація:
- Hemi V8: Легендарний двигун V8, розроблений Chrysler. Назва походить від напівсферичної форми камери згоряння, що сприяє кращому наповненню циліндрів і, відповідно, більшій потужності. Об’єм 426 кубічних дюймів відповідає приблизно 7 літрам.
- Nissan GT-R: Повнопривідний спорткар, відомий своєю високою продуктивністю та передовими технологіями. Особливо популярна версія R35, що випускалася з 2007 року.
- VR6: Конфігурація двигуна, в якій циліндри розташовані під малим кутом (зазвичай 15 градусів) і мають одну головку блоку циліндрів. Це дозволяє зробити двигун компактнішим порівняно зі звичайним V6.
- Масл-кар: Американський термін для позначення потужних задньопривідних автомобілів з великим V8 двигуном, часто з агресивним дизайном.
- Колінчастий вал з хрестоподібною площиною (Cross-plane crankshaft): Конструкція колінчастого вала, в якій шатунні шийки розташовані під кутом 90 градусів одна до одної, що забезпечує збалансовану роботу двигуна і характерний звук.
- Колінчастий вал з плоскою площиною (Flat-plane crankshaft): Конструкція колінчастого вала, в якій шатунні шийки розташовані в одній площині. Це дозволяє збільшити потужність двигуна, але може призвести до більшої вібрації.
- Верхня мертва точка (Top Dead Center, TDC): Найвища точка, до якої доходить поршень у циліндрі двигуна.