摩托車發(fā)動機低噪音技術的研究與應用

摘 要：摩托車作為一種交通工具受到了人們的普遍歡迎，摩托車發(fā)動機的噪音問題已成為一個熱門話題。為提高摩托車的騎行體驗、降低噪音污染，對摩托車發(fā)動機進行低噪音控制是十分必要的。文章闡述了低噪音技術的研究現(xiàn)狀，分析了摩托車發(fā)動機低噪音技術，介紹了摩托車發(fā)動機低噪音技術的應用方法，探討了摩托車發(fā)動機低噪音技術的研究成果與應用前景。

關鍵詞：摩托車 發(fā)動機 低噪音技術 應用

發(fā)動機的設計與制作水平直接影響著發(fā)動機的噪音情況。使用優(yōu)質的材質及精細的機械加工，可有效地減少摩托車的振動及噪音。隔聲降噪技術也是一種很好的降噪方法。在發(fā)動機四周加裝吸音材料及消聲器，可降低發(fā)動機排氣及機器運轉時之噪音。另外，為了減少發(fā)動機的噪音，還可以對排氣、進氣系統(tǒng)進行了優(yōu)化，使之更加有效，從而降低摩托車發(fā)動機的噪音。

1 低噪音技術的研究現(xiàn)狀

近幾年來，由于人們對環(huán)保及騎行舒適度要求的不斷提高，各大制造商越來越重視發(fā)動機低噪音技術的研究及應用。在噪音技術的研究中，摩托車發(fā)動機一直是人們所關注的話題。隨著我國城市化進程的加快，人口密度的不斷加大，摩托車已逐漸成為一種不可缺少的交通工具。但是，摩托車發(fā)動機的噪音比較大，嚴重地影響了周邊居民的正常生活，甚至危害到人們的健康。近年來，人們一直致力于對摩托車發(fā)動機的噪音問題進行研究與探索。試圖通過改進發(fā)動機設計、優(yōu)化排氣系統(tǒng)、使用減噪材料等來減少發(fā)動機的噪音[1]。同時，將數(shù)字信號處理等先進技術引入到摩托車噪音控制中，為其降低噪音的研究開辟了新的途徑。在汽車工業(yè)領域，降低發(fā)動機噪音也是一個很重要的方向。除了對發(fā)動機的設計進行優(yōu)化外，部分制造商也在研究如何降低輪胎的噪音、減少振動、降低噪音，以及使用隔音材料等。通過對車輛輪胎及車體結構進行吸音處理，可降低道路噪音對車內的影響。另外，在混合動力、電動車等領域，由于其無發(fā)動機噪音、低振動等優(yōu)點，已成為低噪音車輛的新寵。

2 摩托車發(fā)動機低噪音技術分析

2.1 點火角調整，改善燃燒壓力梯度

從改善燃燒壓力梯度入手，從根本原因出發(fā)，解決主要問題，可以調整點火角度，降低結構噪音，從而改善音質。在調整點火角時我們依據(jù)以下原則來設定：（1）為了確保沒有爆震的情況下，可以得到最大的IMEP（平均有效壓力），汽缸最大壓力出現(xiàn)在上止點后15度；（2）為了降低結構振音同時保有最大IMEP，汽缸壓力梯度的最大值（dP/dθ）max：油門開度70%以下，汽缸壓力梯度<1.8（bar/degree），其中，P指氣缸壓力，θ指曲軸角度；油門開度70%～100%，汽缸壓力梯度<2.6（bar/degree）；（3）為了維持最大馬力，在最大加速噪音轉速低于最大馬力轉速時，在最大馬力轉速的點火角度維持原車狀態(tài)。如下示例，加速噪音最大時轉速在6500rpm附近，最大馬力轉速在7500rpm，因此可將7500rpm以上的點火角度維持在原車狀態(tài)[2]。以下為調整后油門全開的點火角，由于調整后點火角度都比小，所以可簡稱為退角（如表1）。經點火角調整后，于實驗室測試可降低噪音1dB。

2.2 增加曲軸軸承降噪機構，改善發(fā)動機振動異音

為進一步消除結構振音，我們在右曲軸箱上設計了曲軸軸承降噪機構，用來增加曲軸的穩(wěn)定性，從而減小結構振音，進一步降噪。曲軸軸承降噪機構就是為了消除右曲軸箱的軸承座和曲軸軸承在高速運轉時，鋼珠與鋼圈之間因間隙碰撞產生異音而設計。該機構如下圖，設有一中空插銷，外邊緣有一倒斜角，配合插銷彈簧、固定片，裝配后，插銷可對軸承外圈施加一個軸向力和徑向力，將軸承外圈固定在軸承座上，消除鋼珠與鋼圈之間的間隙，解決發(fā)動機噪音的問題（如圖1）。

2.3 改進空濾器共振腔，從而改善進氣聲音

通過改善燃燒壓力梯度，輔以改善發(fā)動機振動產生的異音，解決結構振音問題。接著從進氣聲音著手，進一步進行降噪。如下示例，從原車水準50km/hr右邊噪音頻譜圖，做進一步分析，以下為改善燃燒壓力梯度進行點火角退角后于實驗室測得的聲音頻譜圖：從以下頻譜圖，可見在400Hz位置，相對其他頻率是最大聲，因此，降低400Hz處音量是很有必要性。對于400Hz聲音來源，一般與空濾器有關，這時需要先測量空濾器單體消音能力，再判斷是否需要改善空濾器，接下來，可以利用專門的聲學測測設備，測量空濾器單體的消音能力，對空濾器增加共振腔或者優(yōu)化共振腔（如圖2）。

空濾器共振腔的設計可依據(jù)亥姆霍茲共振器進行設計后接合實際試驗后選擇合適的共振腔，公式：。

其中，：頻率；：聲速；：是頸部截面積，：是頸部直徑；：是頸部長度；：是指共振器的容積。

2.4 排氣系統(tǒng)技術

排氣系統(tǒng)技術對噪音水平具有直接的影響。利用先進的材料與合理的設計，通過反射、吸聲和消散等方法，能夠有效地減少噪音。合理設計消音器內的各個膨脹室容積、比例、排列、結構，各膨脹室之間的內管和氣體排出的尾管規(guī)格改用小一號的式樣，將各膨脹室之間的內管進氣端設計成“喇叭口”，起氣流導向及擠壓作用，此設計經過試驗測試，可有效降低噪音1.7dB。同時，還可將內管設計成小孔消音器，將尾端封閉，后在管壁上鉆多個小孔，改變氣流的頻譜，使其向高頻或超高頻轉移，降低頻譜中的可聽聲成分。此外，還可在消音器內涂覆或填充吸音材料，如陶瓷涂層、填充玻璃纖維等來吸收噪音，都對降低噪音起著積極的作用[3]。

2.5 噴油量的精確控制

為了達到低噪聲，準確地控制噴油量十分關鍵。據(jù)最新資料表明，使用先進的電子燃油噴射系統(tǒng)，可以精確地調整燃油噴射量，使發(fā)動機工作時的噪聲得到很好的控制。該系統(tǒng)利用先進的傳感器對發(fā)動機的轉速、溫度等進行監(jiān)控，實現(xiàn)對噴油量的實時調節(jié)，保證燃料的充分燃燒，降低廢氣排放，減小噪聲。同時，電子燃油噴射系統(tǒng)也能針對駕駛者的需要進行針對性的調整，使發(fā)動機的運行更加穩(wěn)定。

3 摩托車發(fā)動機低噪音技術的應用

采用低噪音技術，可使騎行者獲得更好的騎行感受，并對降低城市噪音污染起到積極作用。在繁忙的都市中，使用低噪音摩托車可以降低對周邊環(huán)境及行人的影響，提高行車的安全性。同時，該系統(tǒng)還滿足了當今世界對環(huán)境保護與節(jié)約能源的需求，促進了我國摩托車工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

3.1 對摩托車發(fā)動機進行優(yōu)化設計

對摩托車發(fā)動機進行降噪處理，可以采用不同的方法。通過對發(fā)動機內部結構及材質的改善，減少發(fā)動機在工作過程中所引起的摩擦、振動等噪音，從而達到了降噪的目的。在發(fā)動機運轉過程中，使用高品質的隔聲及阻尼元件，可有效降低噪音。對摩托車發(fā)動機進行優(yōu)化設計時，要注意零部件的合理布置，減少機械傳動的噪音。通過對曲軸、連桿、活塞等重要零件進行優(yōu)化，以降低其工作過程中產生的摩擦與撞擊聲。使用高質量的零件及高精度的機械制造技術，能有效地降低摩托車的運行噪音。同時，電控技術的應用，對摩托車發(fā)動機的噪音也有了一定的抑制作用。采用智能控制系統(tǒng)，對發(fā)動機點火、噴油、排氣等系統(tǒng)進行優(yōu)化，使發(fā)動機運行更順暢，更有效地降低噪音。為了保證摩托車發(fā)動機的低噪音運轉，需要在發(fā)動機設計、生產中進行不斷改進。定期更換機油、清洗空氣濾清器、調整氣門間隙是保證發(fā)動機工作狀況和降低噪音的有效方法。

3.2 利用排氣系統(tǒng)技術

采用先進的排氣系統(tǒng)技術，可以很好地解決摩托車噪音問題。通過對排氣管及消聲器的合理設計，可降低車輛在行駛過程中的噪音，提高車輛的乘坐舒適度。另外，對廢氣流速、氣壓等運行參數(shù)進行適當?shù)恼{整，也能有效地降低燃油機運行時的噪音。在現(xiàn)代摩托車設計中，采用先進的廢氣處理技術十分必要。在進行排氣管路及消聲器的設計時，應從空氣的流動狀況、材料的吸聲特性、結構的耐久程度等方面進行綜合分析。通過對發(fā)動機進行合理的設計與優(yōu)化，使發(fā)動機的排氣噪音得到了很好的控制，從而改善發(fā)動機的動力，提高其經濟性。一種常用的降噪方式是在排氣管內設置多個膨脹室裝置，使其對排氣流動的噪音具有很好的抑制作用。同時，對發(fā)動機排氣系統(tǒng)運行參數(shù)的合理控制也很重要。通過排氣速度與壓力的優(yōu)化，對廢氣流速、壓力等參數(shù)的選擇，降低排氣通道內壁的摩擦、共振，降低噪音。同時，適當調整排氣閥的開閉時間，可有效減少發(fā)動機在工作過程中產生的噪音，提高摩托車的騎行舒適度及行駛性能。

3.3 利用電子控制技術

利用電子控制技術，也可以降低發(fā)動機的噪音。這種技術的運用，不但能提升發(fā)動機的性能，也能大幅降低噪音。電子控制技術通過對點火時刻及噴油量的精確控制，實現(xiàn)對燃燒過程的優(yōu)化，使其運行更穩(wěn)定，降低噪音與振動。采用傳統(tǒng)的機械式調節(jié)方法很難對其進行精確的調節(jié)，從而造成了發(fā)動機工作中的不穩(wěn)定性及噪音等問題。而電子控制技術的運用，可以對關鍵參數(shù)進行更精確的控制，保證發(fā)動機在騎行中穩(wěn)定高效工作，進而達到降低噪音的目的。在現(xiàn)代摩托車發(fā)動機上還裝備著智能故障診斷系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以對發(fā)動機的運行狀況進行實時監(jiān)控，并對可能引起噪音的異常狀況進行檢測和診斷。當出現(xiàn)故障時，該系統(tǒng)可快速報警，并采取相應的處理方法，以保證摩托車發(fā)動機的低噪音特性，并使其能夠持續(xù)穩(wěn)定地運行。

3.4 改進燃燒室內的壓力梯度，合理地調整點火角

摩托車發(fā)動機的低噪音技術，已經成為工程師孜孜不倦的追求。通過對燃燒過程的進一步研究，人們發(fā)現(xiàn)，優(yōu)化燃燒室內壓力梯度是降低噪音的一個重要途徑。通過對燃燒室內壓力梯度的改進，實現(xiàn)了對燃燒室內壓強分布的調節(jié)，達到了降低發(fā)動機噪音的目的。合理地調整點火角也是一種有效的降噪措施。通過對點火時刻的準確控制，可以改善發(fā)動機的燃燒狀態(tài)，降低摩托車發(fā)動機的噪音。這項技術不但能提升摩托車發(fā)動機的性能，同時也能降低摩托車在行駛過程中所產生的噪音，給騎行者帶來更舒適的騎行體驗。同時，減小結構振動也是一種重要的降噪措施。通過對發(fā)動機結構設計的優(yōu)化，并對材料進行合理的選擇，能夠減少摩托車發(fā)動機在工作過程中的振動。工程師一直致力于改善摩托車發(fā)動機結構及設計原理，從而有效控制摩托車發(fā)動機運行中的震動與噪音，并打造更加安靜的行車環(huán)境。

3.5 改善發(fā)動機振動所產生的噪音，增加軸承降噪裝置

降低發(fā)動機噪音是摩托車制造商追求的目標。在研究發(fā)動機振動引發(fā)的噪音后，許多制造商已經采取了一系列的創(chuàng)新方法來解決這個問題。一種是在軸承上加裝一個降低噪音的裝置，使軸承摩擦的噪音得到減少。軸承降噪裝置是一種新型噪音控制裝置，該裝置采用了獨特的設計結構，能有效地降低軸承與其他零件之間的摩擦與沖擊，從而降低了發(fā)動機在運行中的噪音。該裝置不但使摩托車在運行時更加穩(wěn)定，同時也能有效地降低摩托車運行時的噪音，使騎行者享受到更加舒適的騎行體驗。除了在軸承上加裝軸承降噪裝置之外，摩托車制造商也在其他方面下了不少功夫，例如，優(yōu)化排氣系統(tǒng)、改善隔音材料，以全面減少摩托車發(fā)動機運行中的噪音。這些技術的持續(xù)革新與運用，讓現(xiàn)代摩托車發(fā)動機在保持較好性能的前提下，達到降低噪音的目的，帶給騎行者在摩托車騎行中具有更好的體驗。隨著新技術的不斷研究與運用，摩托車發(fā)動機的噪音控制將會有更大的發(fā)展空間。

3.6 改善進氣聲音，優(yōu)化空濾器共振腔

近年來，在摩托車發(fā)動機降噪方面取得了可喜的進展。為了提高發(fā)動機的性能，降低噪音污染，研究者進行了一系列的創(chuàng)新，如增加空濾器共振腔來提高其消音性能。這種方法不僅能有效地降低發(fā)動機的噪音，更能提高騎乘感受。通過上述研究改造，研究結果既符合國家噪音標準的有關規(guī)定，又能明顯地提高摩托車發(fā)動機噪音的控制水平。在摩托車騎行中，騎行者對于新款發(fā)動機的噪音品質給予了積極的評價。騎行者覺得噪音更加柔和，聽上去不再刺耳，讓騎車的過程更加愉快。這項研究是對我國摩托車降噪技術的一次重要突破，為今后的研究打下了良好的基礎。通過不斷地革新與改進，可以更好地解決摩托車發(fā)動機的噪音問題，讓騎行者享受到更加寧靜、舒適的騎行體驗。

4 結論

總之，當今社會，人們越來越重視環(huán)保問題，摩托車發(fā)動機的噪音問題成為人們關注的焦點。摩托車發(fā)動機低噪音的研究和應用，既能提高人們的騎行感受，又能降低環(huán)境的噪音污染，促進我國摩托車產業(yè)的發(fā)展。

參考文獻：

[1]梁浩.關于車用空壓機減振降噪改進的討論[J].內燃機與配件，2024（03）：42-44.

[2]莊月芹.汽車發(fā)動機的能效與環(huán)保性能研究[J].時代汽車，2024（02）：159-161.

[3]劉展，包琰洋，李大字.基于重采樣降噪與主成分分析的寬卷積深度神經網絡風機故障診斷方法[J].發(fā)電技術，2023，44（06）：824-832.