浅析摩托车发动机怠速噪音原因及改进措施

李龙

（广东嘉纳仕科技实业有限公司，广东 佛山 528000）

摩托车除了起到代步工具作用外，也逐渐成为娱乐工具，且经济的发展也提高了整车舒适性与发动机振动噪音的要求。近年来我国针对摩托车性能要求出台了一系列的法律法规，确保了摩托车产品的安全性能，其中发动机相关噪音作为强检项目受到广泛重视。导致摩托车发动机噪音的原因多种，主要包括如下两种情况：其一，发动机内部噪音，该类噪音主要是因内部零件固体传声后，再经整车向空气中传播噪音；其二，直接辐射于空气中，该类噪音产生原因为气流振动。除上述两种原因外，大部分发动机噪声均是因该种方式予以传播，且根据产生机理可将其分为燃烧与机械噪声两种。其中燃烧噪声是指在发动机气缸内燃料或燃料与空气混合物燃烧所产生的噪声，该类噪声大小与燃料燃烧方式与速度具有相关性；而机械噪声产生原因为摩托车发动机内部的各个运动副与固定件间力相互作用。现对发动机怠速噪音大原因及其改进措施进行如下分析：

1 摩托车发动机噪声源机理

由于摩托车发动机噪音根据其机理可分为燃烧与机械噪音两种，因而现对两种机理进行如下分析。

（1）燃烧噪声机理。通常情况下，摩托车发动机所采用的发动机类型均为点燃式的四冲程发动机，进气行程吸入到空气与燃料混合物，然后于活塞上进行压缩燃烧室容积，当提高了缸内压力以及温度后火花塞跳火点燃混合气，并且推动活塞做功，最后将燃烧所形成的废气予以排出。在做功行程阶段过程中所产生的噪声类型主要为燃烧噪声，在摩托车发动机产生噪音中，该类原因占有较大比例。

（2）机械噪声机理。发动机经燃料燃烧的形式来推动活塞做直线运动，然后将直线运动通过曲柄连杆转化为旋转运动。在此过程中，均需随着曲柄连杆机构运动促使与之相关配气机构与齿轮传动系统而运动，发动机噪声产生的根源为所有机械部件旋转与振动、气门开闭以及齿轮啮合等多种动作，均为机械噪声。

2 某摩托车发动机噪音分析

2.1 问题描述

某款摩托车发动机在新机试装时明显发生较大异响，且经检测后发现导致噪音大的原因为曲轴箱在怠速时发出非常大的“咔嚓咔嚓”异响声。

2.2 噪音测试

于半消音室内将出现怠速噪音问题的发动机予以振动噪音测试，在测试前确保半消音室内部的背景噪音为20dB，启动发动机后，全面收集其振动信息与噪音信号。并在收集信息过程中均于发动机的曲轴轴承座以及离合器边盖上设置振动传感器，并于发动机四周布置噪音传感器，以此来更好地详细分析发动机不同部位振动噪音数据。

2.3 数据分析

在分析噪音传感器收集噪音频谱图数据中可得出，该摩托车发动机离合处所产生的噪音主要集中于2200 ～2800Hz范围内，在该范围内产生噪音的原因可能为离合其箱体在运行中产生的共振频率；低频频率则为580Hz，产生原因可能在于对离合器进行敲击结果。且只要能够将噪音频率控制在2200 ～2800Hz 范围内，噪音能量便能确保发动机声音处于一个相对合理范围内。在怠速状态下，该发动机转速为1500rpm，而离合器中啮合齿数为23 齿。通过研究表明，齿轮实际啮合频率为570Hz，其因在怠速状态下发动机存在较为明显转速波动，因而其频率与离合器的敲击频率较为吻合，且噪音激励源为580Hz 敲击频率。

3 发动机怠速噪声大改进措施

3.1 激励频率确定

根据相关人员对测试数据的计算表明，于怠速状态下发动机所产生的噪音均因离合器齿轮啮合中所产生的冲击为激励源。在后期验证中采用排除法，于半消音台架实验室中对发动机进行倒拖试验，发动机倒拖的动力源为直流电动机，如此便能有效消除在点火过程中发动机所产生的转速波动。在试验中表明，转速相同前提下，发动机倒拖中的曲柄箱内并未差生任何噪音。经过试验便可有效断定，发动机产生怠速的原因在于转速波动，进而增强了齿轮啮合冲击，导致噪音的发生。

3.2 激励分析

（1）转速波动测试。对于发动机转速波动实施高速身影设备予以测试，经过测试数据分析可表明，发动机曲轴在初始值状态下实际产生的转速波动系数为0.21，该转速波动系数已经远远地超过了可控范围。此时便可通过适当增加发动机系统转动惯量方法，并且适当调整点火角度，便可对波动系数予以有效控制。经过试验调整便将波动系数下降至0.07，使其处于一个可控的范围内。

（2）离合器缓冲系统刚度。研究表明离合器齿轮啮合中会产生较大的冲击，而造成啮合冲击增强的主要原因为转速波动大，另一原因则为不合理的缓冲扭振系统设计。在摩托车发动机运行过程中，离合器主要通过依赖缓冲扭振系统的方式来进一步减缓冲击力。因此，这就要求相关人员在设计发动机缓冲扭振系统设计时，必须合理设计缓冲扭振系统的刚度，如此才能最大限度地发挥缓冲扭振系统所具有的减震作用。分解该摩托车离合器后发现，因用错弹簧从而增多了离合器扭转刚度，随之增加了整个系统刚度，最终造成系统缓冲扭振系统丧失其原本所具有的减震作用，离合器啮合出现严重的噪音问题。

3.3 其他改进措施

（1）控制燃烧噪声。对燃油于新鲜空气供给量进行精确控制，旨在充分地燃烧燃料，同时通过空点火提前角来降低其爆燃的倾向，从而减少燃烧噪声。同时对活塞与气缸壁结构予以优化，或者采用特殊镀层来进一步降低活塞与气缸壁因相对运动而产生的噪声。除此之外，适当地早闭排气行程过程中的排气门，对汽缸内废气的留存量予以适当增大，从而还需要进一步提高新鲜混合气温度，尽可能地缩短燃烧时间，以起到降低噪声的目的。

（2）降低齿轮噪声。一般情况下，斜齿轮具有较好的啮合性，且与直齿轮相比其传力性更佳，但在实际应用中会有一定的轴向力。若摩托车机械结构能够允许斜齿轮的应用，则与直齿轮相比，将会降低啮合噪声约10dB 左右，且随着斜齿轮螺旋角增加噪声随之减小。当控制齿轮啮合系数于1.1 ～1.9 之间时，则啮合系数变化不会在很大程度上影响到噪声效果，但当其增大到2 时，便会显著增加噪声。除此之外，还需控制齿轮间隙于0.2mm 以内，否则会加剧噪声。根据相关研究资料显示，有一种新型的高分子材料可取代金属制造齿轮，其不仅能够符合机械强度的要求，还可显著地减少发动机噪声。

（3）降低配气机构噪声。配气机构噪声在总发动机噪音中也占有一定比例，其产生于进排气门开闭过程中。因此，为降低该噪音可进一步加强进排气阀门机构的润滑度，在设计的过程中选择一个合适的间隙，并且对凸轮型线进行优化，旨在确保气门开闭更为顺畅，以此来减小发动机噪声。

（4）控制排气噪声。通常情况下，对排气噪声予以控制的方式为在排气管尾端加装消声器。而随着近年来材料的发展，也显著增强了消声器的除音效果，如杜邦公司所研发的铝箔、氯丁橡胶与玻璃纤维等材料所制成的新型消声器材，比传统消声器相比能够显著地降低20%～25%的噪声声压级。

4 结语

综上所述，本文在对某摩托车发动机怠速噪音大的测试数据分析后发现，主要原因为：发动机曲轴转速波动过大，从而增加了齿轮啮合冲击；离合器扭转刚度增加而降低减震效果，增加啮合冲击。为解决发动机噪音，可通过对离合器缓冲扭振系统刚度于阻尼特性能合理设计、降低发动机曲轴转动惯量等方式而实现。除此之外，站在噪声产生源头给出降低发动机噪声的相关建议，但除了降低发动机噪声外，还需要综合考虑到动力性、经济性以及相关的排放指标等，旨在起到最佳的改良效果。