摩托车发动机怠速噪音大的分析和改进

张立成?肖志杰

摘 要：噪音历来是发动机设计中难以解决的问题之一，涉及的影响因素很多，和制造、装配、设计以及材质都密切相关，任何一个微小的误差都有可能导致发动机噪音大，直接影响着客户是否会选择买这辆车。本文主要针对某款高端发动机的怠速噪音进行测试、计算和分析，找出影响怠速噪音大的主要原因。

关键词：转速波动；刚度；频率

1.问题描述

某款发动机在新机试装阶段反映怠速声音有明显的异响声，经现场确定发现曲轴箱在怠速时有明显的“咔嚓咔嚓”声，且声音比较大。发动机实验人员反映发动机产生了噪音。

2.噪音测试分析

在半消音室内，对问题发动机进行振动噪音测试，消音室的背景噪音为20dB，同步采集发动机的振动信号和噪音信号。测量时在发动机曲轴轴承座、离合器边盖上布置振动传感器，在发动机前后左右分别布置噪音传感器，考察各个部位的振动噪音数据。

3.振动噪音测试数据分析

通过离合器处的噪音频谱图数据（图1）可以看出，离合器怠速噪音大的主要频率段集中在2300Hz～2900Hz， 和低频的590Hz。根据数据分析的经验，2300Hz～2900Hz很有可能是箱体的共振频率，590Hz为离合器的敲击频率。经过滤波数据分析，只要能把2300Hz～2900Hz的噪音能量降低，整个发动机的声音就能达到一个比较理想的效果。怠速转速为1500RPM，离合器啮合齿数为23齿，计算出齿轮的啮合频率为575Hz，和测试敲击频率590Hz比较吻合（因为有转速波动）。通过计算进一步确定590Hz为怠速噪音的激励源。

（1）激励频率的确定。从测试数据和计算数据来看，怠速噪音的激励源为离合器齿轮的啮合冲击所致，为了进一步验证噪音的激励源是由于离合器齿轮啮合冲击导致，采用排除法，进行发动机倒拖实验，在半消音室台架实验室，用直流电机倒拖发动机消除点火转速波动的影响来考察曲轴箱的怠速噪音。实验下来，在同转速的工况下倒拖发动机曲轴箱没有异常的噪音。发动机点火时怠速的噪音消失。从而可以得出初步的结论：由于转速波动大导致离合器齿轮啮合冲击力变大，从而导致噪音。

（2） 发动机离合器啮合激励分析。①转速波动测试分析。采用高速摄影设备测量的发动机曲轴转速波动，考察实际的发动机转速波动系，判断是否能满足。通过发动机曲轴转波动的数据测试来看，初始状态的发动机曲轴转速波动有点大，波动系数为0.22，这个数据高于控制参数范围。降低曲轴转速波动的措施：适当增加系统的转动惯量；适当调整点火角度。调整后的发动机曲轴转转速波动系数为0.08，基本上能满足消除噪音的要求。②离合器缓冲系统的刚度特性分析。从噪音数据上看，离合器的啮合冲击比较大，导致啮合冲击大的主要原因除了转速波动大外，还有一个主要的因素就是缓冲扭振系统设计得是否合理。离合器缓冲扭振系统的主要功能是减少冲击力，所以在设计时要合理匹配好系统刚度特性，和阻尼特性才能较好地发挥扭转减震的功能。通过解体离合器发现，造成离合器扭转刚度大的主要原因是扭转弹簧用错，导致系统的刚度大大提高，从而导致扭转减震器没有起到作用，引发啮合噪音大的问题。

4.改后数据对比分析

按照降低激励的思路，通过优化曲轴的转速波动和离合器扭转减震器的刚度特性来调整发动机怠速曲轴箱噪音大的问题。从测试数据来看，方案修改后离合器出的噪音总的声压级下降了3.5dB，从频谱数据来看，箱体固有频率激发出来的噪音能量大幅度下降，下降了8dB（2500Hz），且离合器的啮合噪音也大幅度下降（图2、图3）。

综上所述，引起该发动机噪音大的主要原因是：①曲轴的转速波动大，导致冲击大；②离合器的扭转减震器大， 导致啮合冲击大。通过降低发动机的曲轴转速波动，以及合理匹配离合器扭转减震器的刚度阻尼特性，能很好地减小发动机的噪音。

参考文献：

[1]庞 剑，谌 刚，何 华.汽车噪声与振动——理论与应用[M].北京：北京理工大学出版社，2006.

[2]杨建刚.旋转机械振动分析与工程应用[M].北京：中国电力出版社，2007.

（作者单位：浙江钱江摩托股份有限公司）