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2019年,丰田时报作为宣传企业内部资讯的“媒体”正式成立。然而,突然出现的丰田时报却未能得到世人的认可,明明丰田时报也是一家报道汽车资讯的平台,大众却并未将其当作一般媒体来看待。
正在这时,马自达的丸本明社长(时任)却向Morizo,即丰田章男社长(时任)发出了邀请,希望丰田以“媒体”的身份,来参加马自达公司举办的具有悠久历史的“媒体对抗Roadster耐力赛”。
关于彼时的详情,请参看往期时报。
在这场比赛中,Morizo车手还曾对着Roadster感叹道:“如果可以的话,能搭载转子发动机就好了”。
转子发动机不仅以自身的魅力征服了Morizo,更有着众多粉丝。之所以它会如此受欢迎,除因其具有强大的性能外,更是由于转子发动机能发出震撼人心的声浪。
继上期,时报为读者们介绍了发动机会因结构的不同发出迥异的声浪后,本期将带大家深入了解转子发动机的结构与声音特征。
转子发动机所发出的转子声浪,听起来没有浑浊感,穿透力极强。但为什么这种发动机会发出能使驾驶者情绪高涨的声音呢?
首先,让我们复习一下转子发动机的结构。转子发动机的结构是,在拥有次摆线弧度的茧形外壳中,通过形状如饭团般的三角转子旋转来产生动力。


三角形的转子顶点与外壳的内腔体接触,会形成3个空间分区,转子在自转的同时在内腔中进行公转,由此完成吸气、压缩、燃烧和膨胀、排出4个过程。
在转子做旋转运动的过程中,位于转子中心位置的偏心轴(输出轴)也随之转动,如此将产生的力传递给轮胎,带动汽车行驶。
为探究转子发动机和声浪特点的关系,时报记者来到了马自达公司。
本次为我们提供解说的是隶属于动力总成研发本部 发动机性能研发部 第1发动机性能研发集团的主管岩田阳明。岩田自进入马自达公司以来,一直从事包括柴油、汽油以及转子等各种类型发动机NV(Noise Vibration:噪声和震动)方面的研发工作。
岩田

由于转子发动机中没有一般发动机结构中的活塞,也没有打开或关闭的进气、排气的气门系统结构。因此使用的零件数量非常少,构造相对简洁。也正因为零件数少,所以导致出现噪音的震动也较小,这便是转子发动机声浪的特点之一。
另外,转子发动机与一般汽油发动机等活塞式发动机的燃烧间隔也不同。(活塞式发动机相关介绍可参看本系列的第1期)
活塞式发动机的曲柄轴*,在旋转2圈时完成1次燃烧(爆炸)。
*将曲柄轴的旋转动能传递到轮胎,带动汽车行驶。

但转子发动机的偏心轴,每旋转1圈便可完成1次燃烧。
所以旋转1圈也只会发出1次噪音。也就是说,活塞式发动机与转子发动机完成同样次数的燃烧时,产生的噪音数量和间隔时间均不同。

另外,活塞式发动机在完成1次燃烧时所产生的噪音中,混杂着一种被称为半阶次声的声音,而转子发动机的噪音中却不存在这种声音,这也是它们之间最大的差异。
可能接下来要说的内容有点专业,但这也是为什么人们会觉得转子发动机的声浪与众不同的关键所在,所以请耐下心来,听我啰嗦几句(笑)。
由于记者也是第一次听到“阶次声”这个词,又听说这是声浪听起来不同的关键所在,因此请岩田继续为大家作出了进一步的讲解。
岩田
此图表的横轴为发动机转速,纵轴为声音频率。这张图将发动机转速上每个节点因震动等因素所发出的声音分布进行了可视化处理。与发动机转速成正比,向右侧斜上方延伸的一条条红线被称为阶次声。
图表左侧是活塞式直列4缸发动机,右边是RX-8的双转子发动机。

对比可以看出,转子发动机的阶次声直线数量更少,外观也更清爽。
而活塞式发动机在2次、3次、4次等阶次声之间也有直线,它们被称为半阶次声。更简单地来说,半阶次声就是声音中的杂音。
图表中的“次数”代表发动机在完成“吸气、压缩、燃烧和膨胀、排出”一连串动作时所发出的声音。那么为什么半阶次声的有无,会影响到发动机声浪在听感上的不同呢?
这里,让我们先对声音的原理进行一个说明吧。
人在同时听到不同频率的声音(下图中的A、B)时,人耳还能感知到除原始频率声音外的第三个声音,也就是差音*(C)。
*差音:两个声音频率之差的声音。

声音的频率是指声波每秒振动的次数,用来表示声音的高低,单位是赫兹(Hz)。声音频率的数值越大代表声音越高。
譬如,将250Hz和254Hz的声音合成时,就会出现254-250=4Hz的差音。以拟音来表现的话就是会发出“嗡嗡嗡嗡”的声音,在1秒钟内出现4个周期忽强忽弱的差音。
而当两个声音频率差变大时,人们将无法听清差音的周期,取而代之的是听到连续的“嗡——”的声音,且音调较高。
也就是说,人类基本上是将差音当作声音来识别的。
活塞式发动机所发出的声音,由于人耳同时听到了音源中的阶次声和声音频率相近的半阶次声,所以听感上是“嗡嗡嗡嗡”的声音,能听到差音的强弱周期变化。
(最近的活塞式发动机,在经过调整后能够消除这种半阶次声。详情敬请期待下期报道。)
相反,转子发动机由于没有半阶次声,所以声音频率差较大,人们听到的就是持续的高音调嗡鸣差音,这种声音听起来比较通透、清爽。
自2012年RX-8停产以来,转子发动机便一直处于停产状态,但其研发工作并未就此止步。时隔近11年后,转子发动机作为一款发电专用的发动机,重新出现在量产车型上。(马自达官方网站,转子发动机专题页内容)

当被问及MX-30上搭载的8C型转子发动机是否也会带来转子声浪时,岩田先生苦笑回应道:“很多客户都对此抱有期待,但遗憾的是,由于该发动机是专用发电设备,转速不高,所以听不到转子特有的声浪。”
不过反过来说,转子发动机因其出色的静谧性,非常适配PHEV。
那么,在追求静谧性的PHEV身上,转子发动机能够再次制造出它特有的声浪吗?
岩田
这并不容易。转子发动机本身就具有出色的静谧性结构,此外,如果有两个转子,产生的振动就会相互抵消,但是MX-30上的转子发动机只有一个转子,因此我们必须处理一个转子无从抵消振动的问题,不能让其为车厢内带来噪音。
我们需要在与车身相连的零件中阻断振动的传递路径,并增加减震功能,使振动不会传递到车身上去,而这点相当困难。
尽管如此,为了创造能够贴近人们操作感觉的声浪,我们在发动机的操控方面做了一些努力,包括加速时发动机转速上升的感觉和踩下加速踏板时驾驶者能收获的反馈。如此前所述,这款发动机是发电专用的,而我们活用了这一点,以相对自由的方式研发了发动机。
马自达787B于1991年勒芒24小时耐力赛中夺冠,它也是第一辆在该项赛事中夺冠的日本赛车。对于转子声浪的爱好者来说,马自达787B发出的声音着实令人难忘。
岩田
787B采用了外环气埠系统*。为了让转子转速更高,产生更快的速度,其外壳内设计成了易于降低排气压力的模式,以此在高转速时产生高亢的“呯呯”声响。
*将曲柄轴的旋转动能传递到轮胎,带动汽车行驶。
反之,在低转速时,由于开口面积大,气体会被一次性被排出,从而产生赛车特有的“嘣嘣嘣”的强劲声浪。
此外,由于它是4转子发动机,当转速达到每分钟4500至7000转的高转速范围时,高亢的声音就会变得格外响亮,如同多缸活塞式发动机。
这话不是恭维,我真的也很喜欢LFA的声音,因为它非常接近4转子声浪的感觉。
既然提到了LFA,我们就顺势请教了他还喜欢什么发动机的声音。岩田先生回答说:“年轻时,我喜欢本田VTEC从转速6000rpm开始,其进气阀和排气阀不同开度时的声音。其独特的声浪会被部分人视为噪音,所以这也和个人品味息息相关。
还有斯巴鲁水平对置发动机的‘哆哆’声等,我认为保留能体现各公司发动机结构特点的声浪是件好事。”
最后,我们询问他什么是“好声浪”。
岩田
一般来说,提及“好的发动机声浪”,人们往往会想到将发动机转速一口气升至高转速阶段时产生的声响。在这方面,转子发动机到达高转速时发出的美妙声音无疑是一种“好声浪”。
不过,从更广泛的意义上讲,我认为“好声浪”与驾驶场景和人们对操作方面的期望息息相关。
例如,我们在超级耐力赛中使用的是柴油发动机。与汽油发动机不同的是,柴油发动机的转速并不高,脉动会被涡轮所抑制,因此发动机产生的声音很小。
然后,在赛道现场就会有人说:“它不够有魄力,就不能发出更大点的声音吗?”(笑)。
归根结底,我认为其实好声浪就是与人们感受相符合的声音。
我司的目标是创造“人马一体”的汽车,而声浪是其中不可或缺的一部分。
我们希望继续致力于创造出与汽车行驶相匹配的声浪,这种声浪既有表现力又节制,与驾驶者自身的感官相协调。
我相信,无论是转子发动机、活塞式发动机还是柴油车,所有制造商都在为实现这一目标而努力。
MX-30
尽管岩田先生在采访中面带苦笑地表示“这并不容易”,我们还是期待着有一天,复活后的转子发动机能再次在高转速下发出澄澈而悠长的美妙声浪。


