Μπορεί σήμερα η «μελωδία» ενός κινητήρα να μην νοιάζει και πολύ τους κατασκευαστές, αλλά δεν παύει να μας συναρπάζει ένας ατμοσφαιρικός V10 που «στροφάρει» μέχρι τις 9.000 σ.α.λ. Από τι εξαρτάται, όμως, ο ήχος του κάθε κινητήρα και γιατί είναι διαφορετικός σε κάθε περίπτωση;
Ένας 6κύλινδρος ή 8κύλινδρος έχει περισσότερες αναφλέξεις/περιστροφή
Ο ήχος αλλάζει ανάλογα & την αρχιτεκτονική του στροφάλου
Που διαφέρει ένας Flat-Plane από έναν Cross-Plane στρόφαλο; Εσύ μπορείς να ξεχωρίσεις τους κυλίνδρους από τον ήχο; Ένα μοτέρ σε σειρά από έναν boxer; Τι λες;
Οι όλο και πιο αυστηρές ρυθμίσεις σχετικά με τους ρύπους, η ανάγκη για μειωμένη κατανάλωση, έφεραν τα τελευταία χρόνια τη «μόδα» του downsizing, ακόμα και στα αυτοκίνητα υψηλών επιδόσεων. Κάτω από το καπό των σύγχρονων μοντέλων βρίσκονται μικροί, υπερτροφοδοτούμενοι κινητήρες με επιδόσεις που θα ζήλευαν μοτέρ με έξι ή και οκτώ κυλίνδρους. Τι λείπει, όμως, από τα σύγχρονα μηχανικά σύνολα; Ασφαλώς εκείνος ο ήχος που δημιουργούσε συναισθήματα και «παρακινούσε» τον οδηγό να βυθίσει πιο βαθιά στο πάτωμα το δεξί πεντάλ.
Από τι εξαρτάται, όμως, ο ήχος ενός κινητήρα; Σίγουρα μπορείτε να ξεχωρίσετε ένα υπερτροφοδοτούμενο μοτέρ από έναν πολύστροφο ατμοσφαιρικό, ή έναν V6 από έναν V12; Ξέρετε ποια είναι η διαφορά ανάμεσα σε έναν cross-plane και έναν flat-plane στροφαλοφόρο άξονα; Τι παίζει με τις διάφορες μεθόδους τεχνητού ήχου που εφαρμόζονται στους σύγχρονους κινητήρες; Ώρα να γίνουμε «sound guys» της αυτοκίνησης!
Κάθε υπερτροφοδοτούμενος κινητήρας γίνεται εύκολα αντιληπτός από το γνωστό «σφύριγμα» σε συνθήκες υψηλού φορτίου.
Ξεκινάμε από τα βασικά, και όταν λέμε βασικά εννοούμε το να μπορεί ο καθένας εύκολα να ξεχωρίσει από τον ήχο αν πρόκειται για υπερτροφοδούμενο κινητήρα ή «φυσικής αναπνοής». Ποια είναι, όμως, τα χαρακτηριστικά του ήχου ενός turbo κινητήρα και τι τα προκαλεί; Ξεκινάμε από το γνωστό «σφύριγμα» (πφσσσς) σε συνθήκες υψηλού φορτίου και σχετικά υψηλές στροφές λειτουργίας. Είναι εύκολα αντιληπτός και προέρχεται από την υψηλή ταχύτητα περιστροφής της φτερωτής και την αναρρόφηση αυξημένης ποσότητας αέρα από το περιβάλλον.
Το δεύτερο βασικό χαρακτηριστικό του ήχου των υπερτροφοδοτούμενων κινητήρων εντοπίζεται στο απότομο κλείσιμο της πεταλούδας του γκαζιού.
Το δεύτερο βασικό χαρακτηριστικό του ήχου των τούρμπο κινητήρων εντοπίζεται στο απότομο κλείσιμο της πεταλούδας του γκαζιού. Υπεύθυνη γι` αυτόν τον όμορφο ήχο είναι η βαλβίδα εκτόνωσης, κατά κόσμο, σκάστρα. Όταν σε συνθήκες υψηλού φορτίου ο οδηγός αφήσει απότομα το πεντάλ του γκαζιού, τείνει να δημιουργηθεί υπερπίεση στο κύκλωμα παροχής αέρα, αλλά η βαλβίδα εκτόνωσης βρίσκεται κοντά στην πεταλούδα γκαζιού και απελευθερώνει τον συμπιεσμένο αέρα δημιουργώντας έναν όμορφο ήχο, ειδικά αν ανήκει στην κατηγορία βαλβίδων ανοιχτού τύπου (τσαφφφφ).
Το ηχητικό κύμα που αντιλαμβανόμαστε από τη λειτουργία ενός κινητήρα εξαρτάται άμεσα από τη συχνότητα των αναφλέξεων ανά μονάδα χρόνου.
Σίγουρα έχετε παρατηρήσει ότι ο ήχος ενός κινητήρα σχετίζεται με το πλήθος των κυλίνδρων και τις στροφές λειτουργίας. Γιατί, όμως, ένας V6 ακούγεται διαφορετικά από έναν V10; Η απάντηση είναι απλή και με μία φράση ονομάζεται «συχνότητα αναφλέξεων»! Το ηχητικό κύμα που αντιλαμβανόμαστε από τη λειτουργία ενός κινητήρα εξαρτάται άμεσα από τη συχνότητα των αναφλέξεων ανά μονάδα χρόνου.
Η συχνότητα που αντιλαμβανόμαστε αυξάνεται αναλογικά με τις στροφές λειτουργίας και το πλήθος των κυλίνδρων.
Είναι εύκολα αντιληπτό ότι για να περιστραφεί ένας στροφαλοφόρος άξονας με συχνότητα ενός Hz πρέπει να λειτουργεί στις 60 σ.α.λ., άρα στις 3.600 σ.α.λ. έχουμε 60 Hz. Αυτό που μας ενδιαφέρει για τον ήχο, όμως, είναι η συχνότητα των αναφλέξεων. Στην περίπτωση ενός εξακύλινδρου τετράχρονου κινητήρα έχουμε έξι αναφλέξεις ανά δύο περιστροφές του στροφαλοφόρου, συνεπώς τρεις αναφλέξεις ανά μία περιστροφή στροφάλου. Είναι εύκολα κατανοητό, λοιπόν, ότι στις 3.600 σ.α.λ. έχουμε 60x3=180 Hz. Αυτή είναι η συχνότητα που αντιλαμβανόμαστε και, όπως είναι λογικό, αυξάνεται αναλογικά με τις στροφές λειτουργίας και το πλήθος των κυλίνδρων.
Από εκεί και πέρα, οι συνθήκες κάτω από τις οποίες γίνεται η ανάφλεξη (σχέση συμπίεσης κτλ), αλλά και ο τρόπος υλοποίησης των συστημάτων εισαγωγής-εξαγωγής, μεταβάλλουν την ένταση του ήχου. Το μόνο σίγουρο είναι ότι όσο περισσότεροι είναι οι κύλινδροι και όσο υψηλότερα βρίσκεται το όριο περιστροφής, τόσο πιο υψηλή θα είναι η συχνότητα του ήχου που αντιλαμβανόμαστε.
Ένα στοιχείο που διαφοροποιεί σε μεγάλο βαθμό τον ήχο του κινητήρα σχετίζεται με τον στροφαλοφόρο άξονα.
Μπορεί ο ήχος δύο σύγχρονων υπερτροφοδοτούμενων τετρακύλινδρων κινητήρων να είναι σχεδόν ίδιος, αλλά στους κινητήρες με περισσότερους κυλίνδρους υπάρχει ένα στοιχείο που διαφοροποιεί σε μεγάλο βαθμό τον ήχο και σχετίζεται με τον στροφαλοφόρο άξονα. Έχετε ακούσει ποτέ τον «εκκωφαντικό» ήχο του V8 μίας Ferrari 360 Stradale; Δεν έχει καμία σχέση με τον ήχο που παράγουν αντίστοιχοι κινητήρες και η αιτία βρίσκεται στην flat-plane αρχιτεκτονική του στροφαλοφόρου άξονα. Το κύριο χαρακτηριστικό αυτών των στροφάλων είναι ότι η πλάγια όψη εκτείνεται στο επίπεδο, εξ` ου και η ονομασία «flat». Αντίθετα στην πλειονότητα των σύγχρονων κινητήρων, η προβολή της πλάγιας όψης του στροφαλοφόρου άξονα σχηματίζει έναν σταυρό, γι` αυτό έχει καθιερωθεί η ονομασία «cross-plane». Τι σχέση έχουν, όμως, όλα αυτά με τον ήχο που παράγει εν τέλει ο κινητήρας; Οι «flat-plane» στρόφαλοι είναι μικρότεροι σε μέγεθος, είναι ελαφρύτεροι μιας και δεν φέρουν αντικραδασμικούς άξονες και, αναμφισβήτητα, μπορούν να στροφάρουν περισσότερο, γεγονός που, σε συνδυασμό με την ύπαρξη δονήσεων, δημιουργεί έναν ξεχωριστό ήχο με αγωνιστικές καταβολές.
Το κύριο χαρακτηριστικό στροφάλων σαν αυτόν της εικόνας είναι ότι η πλάγια όψη εκτείνεται στο επίπεδο, εξ` ου και η ονομασία «flat».
Στην προσπάθειά τους να βελτιώσουν τον ήχο, οι αυτοκινητοβιομηχανίες χρησιμοποιούν είτε ηλεκτρονικά μέσα, είτε ενεργές βαλβίδες στο σύστημα εξαγωγής.
Λόγω της απουσίας αντικραδασμικού άξονα, στους flat-plane στροφάλους χρησιμοποιούνται ελαφριά υλικά ώστε να μειωθούν όσο το δυνατόν περισσότερο οι κραδασμοί.
Στην πλειονότητα των αγωνιστικών κινητήρων χρησιμοποιούνται flat-plane στροφαλοφόροι άξονες, μιας και η ευστροφία είναι πολύ πιο σημαντική από την ελάττωση των κραδασμών.
Το εξάρτημα της εξάτμισης που αναλαμβάνει τη μείωση της έντασης των ηχητικών κυμάτων που προέρχονται από τον κινητήρα ονομάζεται σιλανσιέ, γνωστό και ως σιγαστήρας.