燃油车在发动时发出的声响,与电动车启动时的安静形成鲜明对比,这种差异无疑能激发人的情绪,尤其是某些越野车,它们在启动时发出的“轰”的一声,非常有力量感,令人印象深刻,让人感到震撼,为什么会这样呢,不同类型的汽车在启动时声音之所以不同,有的车辆会发出“轰”的一声,这背后的原因是什么呢?
不同发动机因为构造各异,种类多样,气缸数量也有区别,导致它们的点火时机和频次各不相同,进而使得发出的声响节奏也各不相同,通常来说,气缸数量越多的发动机,各个气缸的点火时间间隔和振动会相互干扰,声音听起来就更加丰富,层次感更强,除了发动机主体制造的声音之外,还有一些声音是发动机的其他部件带来的,例如启动马达、散热风扇等。当前,市面上常见的汽车散热装置主要有两种形式,一种是电子风扇,另一种是硅油风扇,这两种装置的技术路径区别显著。
硅油风扇:机械温控的经典方案
19世纪60年代,博格华纳(BorgWarner)首次研发出硅油风扇离合器,该装置的关键在于硅油受热膨胀后粘度增大,以此完成扭矩传递和转速控制,借助温度感应装置自动管理风扇的断开与连接,最终达成对发动机温度的调控效果。初期产品采用双金属温度感应器,依据温度波动来管理硅油的流动情况。
2009年,电控硅油离合器开始大规模生产,采用电子控制单元管理电磁线圈,从而获得更为精确的温度调节能力。以博格华纳的产品为例,其电控硅油离合器能够直接接收发动机温度传感器的数据,进而控制散热风扇的运行速度。
这种离合装置原先主要供大型车辆和部分高性能动力系统采用,凭借构造精简、性能稳定,慢慢在汽车行业普及开来。后来硅质油风扇技术持续优化,从早期的单一控制模式转变为现在的连续调节方式,可达成更精准的温度感应和速度控制。它常见于重型运输工具和建筑设备,同时丰田陆地巡洋舰、大切诺基等硬派SUV上也能见到。
硅油风扇的关键构成是硅油耦合装置,该装置包含主动圆盘、被动圆盘、蓄油室以及温控阀片。主动圆盘由发动机曲轴直接驱动或通过皮带带动旋转。硅油流量受双金属感温元件或电磁线圈调控,依据需求进入并充满作业空间,进而将动力传递给被动圆盘,促使风扇转动。这种构造与液力耦合器有相似之处,都是借助流体介质来传递动力以实现驱动作用。
在寒冷情形里,温控阀片会封堵,硅油无法流进工作空间,风扇缓慢转动。当环境温度升高时,阀片会松开,硅油会充满工作空间,风扇的转动速度会慢慢加快。
硅油风扇发动机停机后,工作空间里仍留有少量硅油,车辆再次发动时,硅油产生的摩擦力会驱动硅油风扇,使其随发动机同步运转,进而产生“嗡”的声响,这就是噪音的来源。
电子扇:按需散热 节能典范

现在大多数汽车不再使用硅油风扇,而是选择电子扇来散热。早在二十世纪八十年代,电子控制技术开始普及,独立电机带动的电子扇逐渐替代了老式的机械风扇。这种转变的关键在于电子扇不再需要发动机直接带动,从而让风扇的转速和发动机的工作状态不再互相影响。到了九十年代,PWM脉宽调制技术开始应用,使得风扇的转速能够平滑地调整。进入二零一零年以后,直流无刷电机技术的应用让风扇的能效得到了进一步的提高。
电子扇的关键构成是直流马达,调节单元由控制单元、温度感应器、接触器组成,控制单元借助占空比来调整电子扇的运行速度。
电子扇的运行机制比硅油风扇更为精密,它可以根据不同工况调整转速。当发动机处于低温环境启动时,电子扇能够完全静止,从而加快升温进程。一旦达到高温水平,电子扇会立刻以最高速度运转,确保温度稳定。这种按需工作的方式,使电子扇相比硅油风扇的直连驱动模式,能够节省大约百分之五的发动机动力消耗。
为什么电子扇能如此精准控制转速呢?关键技术就是占空比。
电流的输入借助PWM脉宽调制技术得以调节,以此达成对电机转速的操控。PWM技术在于将高电平信号与低电平信号以极高频率进行交替发送,通过管理高电平信号所占的周期比例,最终完成对电路的调节作用。
通俗来讲,可以把PWM信号比作一个控制水流的“开关装置”。当它开启时(高电平),水流就会顺畅,关闭时(低电平),水流就会中断。如果开关保持开启的时间较长,而关闭的时间较短,那么电子风扇获得的能量(电流)就会较多,其旋转速度也会相应提高;相反,如果开关开启的时间很短,而关闭的时间很长,电子风扇得到的能量(电流)就会减少,其转速也会随之降低。然而,脉冲宽度调制信号的切换速率非常快,需要借助示波仪器才能检测到,而控制扇叶旋转速度的关键在于每个周期内导通时间的长短,而所谓的占空比,就是用来调整导通与截止时段的相对比例。
在能源革新的背景下,因为不再配备内燃机,对能源运用提出了前所未有的要求,电子风扇的优越性顺理成章地成为汽车制造商的优先选项。电池的运作温度,偏高或偏低都不适宜,为了实现较强的充电效能,必须借助散热系统将电池温度维持在适宜的范围之内。理想MEGA作为一款车型,它的充电功率峰值能够达到500kW,这就使得车辆在充电过程中的散热需求非常旺盛,为此理想公司特意为其安装了一个功率达到1100W、直径为535毫米的强力风扇来满足散热需要。
显而易见,从机械时期的硅油驱动发展到智能阶段的电子操控,硅油鼓风机和电子鼓风机都在持续优化,力求达成“安静运行、无故障运行、节能高效”的标准。



