淺析摩托車發動機怠速噪音原因及改進措施

李龍

（廣東嘉納仕科技實業有限公司，廣東 佛山 528000）

摩托車除了起到代步工具作用外，也逐漸成為娛樂工具，且經濟的發展也提高了整車舒適性與發動機振動噪音的要求。近年來我國針對摩托車性能要求出臺了一系列的法律法規，確保了摩托車產品的安全性能，其中發動機相關噪音作為強檢項目受到廣泛重視。導致摩托車發動機噪音的原因多種，主要包括如下兩種情況：其一，發動機內部噪音，該類噪音主要是因內部零件固體傳聲后，再經整車向空氣中傳播噪音；其二，直接輻射于空氣中，該類噪音產生原因為氣流振動。除上述兩種原因外，大部分發動機噪聲均是因該種方式予以傳播，且根據產生機理可將其分為燃燒與機械噪聲兩種。其中燃燒噪聲是指在發動機氣缸內燃料或燃料與空氣混合物燃燒所產生的噪聲，該類噪聲大小與燃料燃燒方式與速度具有相關性；而機械噪聲產生原因為摩托車發動機內部的各個運動副與固定件間力相互作用?，F對發動機怠速噪音大原因及其改進措施進行如下分析：

1 摩托車發動機噪聲源機理

由于摩托車發動機噪音根據其機理可分為燃燒與機械噪音兩種，因而現對兩種機理進行如下分析。

（1）燃燒噪聲機理。通常情況下，摩托車發動機所采用的發動機類型均為點燃式的四沖程發動機，進氣行程吸入到空氣與燃料混合物，然后于活塞上進行壓縮燃燒室容積，當提高了缸內壓力以及溫度后火花塞跳火點燃混合氣，并且推動活塞做功，最后將燃燒所形成的廢氣予以排出。在做功行程階段過程中所產生的噪聲類型主要為燃燒噪聲，在摩托車發動機產生噪音中，該類原因占有較大比例。

（2）機械噪聲機理。發動機經燃料燃燒的形式來推動活塞做直線運動，然后將直線運動通過曲柄連桿轉化為旋轉運動。在此過程中，均需隨著曲柄連桿機構運動促使與之相關配氣機構與齒輪傳動系統而運動，發動機噪聲產生的根源為所有機械部件旋轉與振動、氣門開閉以及齒輪嚙合等多種動作，均為機械噪聲。

2 某摩托車發動機噪音分析

2.1 問題描述

某款摩托車發動機在新機試裝時明顯發生較大異響，且經檢測后發現導致噪音大的原因為曲軸箱在怠速時發出非常大的“咔嚓咔嚓”異響聲。

2.2 噪音測試

于半消音室內將出現怠速噪音問題的發動機予以振動噪音測試，在測試前確保半消音室內部的背景噪音為20dB，啟動發動機后，全面收集其振動信息與噪音信號。并在收集信息過程中均于發動機的曲軸軸承座以及離合器邊蓋上設置振動傳感器，并于發動機四周布置噪音傳感器，以此來更好地詳細分析發動機不同部位振動噪音數據。

2.3 數據分析

在分析噪音傳感器收集噪音頻譜圖數據中可得出，該摩托車發動機離合處所產生的噪音主要集中于2200 ～2800Hz范圍內，在該范圍內產生噪音的原因可能為離合其箱體在運行中產生的共振頻率；低頻頻率則為580Hz，產生原因可能在于對離合器進行敲擊結果。且只要能夠將噪音頻率控制在2200 ～2800Hz 范圍內，噪音能量便能確保發動機聲音處于一個相對合理范圍內。在怠速狀態下，該發動機轉速為1500rpm，而離合器中嚙合齒數為23 齒。通過研究表明，齒輪實際嚙合頻率為570Hz，其因在怠速狀態下發動機存在較為明顯轉速波動，因而其頻率與離合器的敲擊頻率較為吻合，且噪音激勵源為580Hz 敲擊頻率。

3 發動機怠速噪聲大改進措施

3.1 激勵頻率確定

根據相關人員對測試數據的計算表明，于怠速狀態下發動機所產生的噪音均因離合器齒輪嚙合中所產生的沖擊為激勵源。在后期驗證中采用排除法，于半消音臺架實驗室中對發動機進行倒拖試驗，發動機倒拖的動力源為直流電動機，如此便能有效消除在點火過程中發動機所產生的轉速波動。在試驗中表明，轉速相同前提下，發動機倒拖中的曲柄箱內并未差生任何噪音。經過試驗便可有效斷定，發動機產生怠速的原因在于轉速波動，進而增強了齒輪嚙合沖擊，導致噪音的發生。

3.2 激勵分析

（1）轉速波動測試。對于發動機轉速波動實施高速身影設備予以測試，經過測試數據分析可表明，發動機曲軸在初始值狀態下實際產生的轉速波動系數為0.21，該轉速波動系數已經遠遠地超過了可控范圍。此時便可通過適當增加發動機系統轉動慣量方法，并且適當調整點火角度，便可對波動系數予以有效控制。經過試驗調整便將波動系數下降至0.07，使其處于一個可控的范圍內。

（2）離合器緩沖系統剛度。研究表明離合器齒輪嚙合中會產生較大的沖擊，而造成嚙合沖擊增強的主要原因為轉速波動大，另一原因則為不合理的緩沖扭振系統設計。在摩托車發動機運行過程中，離合器主要通過依賴緩沖扭振系統的方式來進一步減緩沖擊力。因此，這就要求相關人員在設計發動機緩沖扭振系統設計時，必須合理設計緩沖扭振系統的剛度，如此才能最大限度地發揮緩沖扭振系統所具有的減震作用。分解該摩托車離合器后發現，因用錯彈簧從而增多了離合器扭轉剛度，隨之增加了整個系統剛度，最終造成系統緩沖扭振系統喪失其原本所具有的減震作用，離合器嚙合出現嚴重的噪音問題。

3.3 其他改進措施

（1）控制燃燒噪聲。對燃油于新鮮空氣供給量進行精確控制，旨在充分地燃燒燃料，同時通過空點火提前角來降低其爆燃的傾向，從而減少燃燒噪聲。同時對活塞與氣缸壁結構予以優化，或者采用特殊鍍層來進一步降低活塞與氣缸壁因相對運動而產生的噪聲。除此之外，適當地早閉排氣行程過程中的排氣門，對汽缸內廢氣的留存量予以適當增大，從而還需要進一步提高新鮮混合氣溫度，盡可能地縮短燃燒時間，以起到降低噪聲的目的。

（2）降低齒輪噪聲。一般情況下，斜齒輪具有較好的嚙合性，且與直齒輪相比其傳力性更佳，但在實際應用中會有一定的軸向力。若摩托車機械結構能夠允許斜齒輪的應用，則與直齒輪相比，將會降低嚙合噪聲約10dB 左右，且隨著斜齒輪螺旋角增加噪聲隨之減小。當控制齒輪嚙合系數于1.1 ～1.9 之間時，則嚙合系數變化不會在很大程度上影響到噪聲效果，但當其增大到2 時，便會顯著增加噪聲。除此之外，還需控制齒輪間隙于0.2mm 以內，否則會加劇噪聲。根據相關研究資料顯示，有一種新型的高分子材料可取代金屬制造齒輪，其不僅能夠符合機械強度的要求，還可顯著地減少發動機噪聲。

（3）降低配氣機構噪聲。配氣機構噪聲在總發動機噪音中也占有一定比例，其產生于進排氣門開閉過程中。因此，為降低該噪音可進一步加強進排氣閥門機構的潤滑度，在設計的過程中選擇一個合適的間隙，并且對凸輪型線進行優化，旨在確保氣門開閉更為順暢，以此來減小發動機噪聲。

（4）控制排氣噪聲。通常情況下，對排氣噪聲予以控制的方式為在排氣管尾端加裝消聲器。而隨著近年來材料的發展，也顯著增強了消聲器的除音效果，如杜邦公司所研發的鋁箔、氯丁橡膠與玻璃纖維等材料所制成的新型消聲器材，比傳統消聲器相比能夠顯著地降低20%～25%的噪聲聲壓級。

4 結語

綜上所述，本文在對某摩托車發動機怠速噪音大的測試數據分析后發現，主要原因為：發動機曲軸轉速波動過大，從而增加了齒輪嚙合沖擊；離合器扭轉剛度增加而降低減震效果，增加嚙合沖擊。為解決發動機噪音，可通過對離合器緩沖扭振系統剛度于阻尼特性能合理設計、降低發動機曲軸轉動慣量等方式而實現。除此之外，站在噪聲產生源頭給出降低發動機噪聲的相關建議，但除了降低發動機噪聲外，還需要綜合考慮到動力性、經濟性以及相關的排放指標等，旨在起到最佳的改良效果。