大排量摩托車排氣噪聲和插入損失測(cè)試

摘 要：摩托車噪聲污染是我國(guó)環(huán)境噪聲污染防治法中的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)，大排量摩托車加速行駛噪聲限值比普通排量摩托車高三分貝，排氣噪聲是摩托車噪聲的主要噪聲源之一，消聲器是摩托車排氣噪聲控制的最主要手段，研究大排量摩托車排氣噪聲和消聲器插入損失對(duì)于防治摩托車噪聲污染，促進(jìn)摩托車可持續(xù)發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步具有重要的意義。采用實(shí)驗(yàn)方法完成了大排量摩托車排氣噪聲和消聲器插入損失測(cè)試，對(duì)后續(xù)降噪工作提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：摩托車 排氣噪聲 插入損失

大排量摩托車有著更強(qiáng)的動(dòng)力、速度和配置，但噪聲污染嚴(yán)重[1]。在進(jìn)行摩托車排氣噪聲消聲控制時(shí)，首先需要對(duì)未安裝消聲器時(shí)的排氣噪聲進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，確定排氣噪聲源的頻率特性，確定排氣噪聲的峰值頻率和特性形狀，進(jìn)而才可以在排氣噪聲傳遞途中采取有效的消聲措施，排氣消聲器是消除排氣噪聲的關(guān)鍵部件，排氣消聲器的好壞對(duì)排氣噪聲聲源的消除具有非常大的影響。而插入損失是評(píng)價(jià)消聲器性能好壞的主要指標(biāo)，它反映了車輛的消聲器在排氣噪聲傳遞途中所起的消聲作用的大小。結(jié)合排氣噪聲的頻譜特性和插入損失對(duì)原型車及目標(biāo)車的消聲量指標(biāo)進(jìn)行比較評(píng)價(jià)，以確定目標(biāo)車的消聲器是否存在提升的空間，為后期的降噪措施提供依據(jù)。

1 排氣噪聲測(cè)試

排氣噪聲是從發(fā)動(dòng)機(jī)排氣多支管到排氣尾管各個(gè)組合部件所產(chǎn)生的噪聲。排氣系統(tǒng)的噪聲源一般包括發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒噪聲、沖擊噪聲，排氣系統(tǒng)的機(jī)械噪聲和輻射噪聲等，通過實(shí)驗(yàn)測(cè)量排氣噪聲是目前最主要的排氣噪聲評(píng)價(jià)手段。本次實(shí)驗(yàn)原型車為VERSYS，目標(biāo)車為CF650G，皆為噪聲較大的大排量摩托車，實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)在天津摩托車質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)所實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，測(cè)試設(shè)備為BBM公司的聲學(xué)采集系統(tǒng)。

根據(jù)事先進(jìn)行的加速噪聲測(cè)試結(jié)果，車輛從入線到出線通過測(cè)試區(qū)間的行駛車速在50km/h至70km/h之間，檔位分別為二檔和三檔，由此判定，加速行駛噪聲最大值對(duì)應(yīng)的工況應(yīng)在二檔，三檔車速50km/h至70km/h之間，故本次選取2檔和3檔對(duì)應(yīng)車速分別為50km/h，60或65km/h，70km/h的工況進(jìn)行排氣噪聲測(cè)試。圖1是排氣噪聲測(cè)試過程照片，測(cè)試結(jié)果如表1所示。

選取了兩樣車最大噪聲工況下即CF650G 2檔70/h和VERSYS 2檔70/h的排氣噪聲頻譜，分別如圖2、圖3所示。

可以看出，兩輛樣車噪聲最高點(diǎn)均出現(xiàn)在二檔70km/h工況下，尤其是目標(biāo)車CF650G排氣噪聲高達(dá)135.0dB，比原型車VERSYS高了3.5dB，這就需要安裝插入損失更大的消聲器。而從排氣噪聲頻譜圖看，兩樣車皆以1000Hz以內(nèi)的低頻噪聲為主，由于低頻噪聲波長(zhǎng)較長(zhǎng)，這需要消聲器擴(kuò)張腔具有足夠大的體積才能消除低頻噪聲，但受整車布局限制消聲器體積往往是有限的，這為消聲器優(yōu)化設(shè)計(jì)帶來極大挑戰(zhàn)，為確定車載消聲器實(shí)際消聲性能，需進(jìn)一步測(cè)試消聲器插入損失。

2 插入損失測(cè)試

插入損失LIL定義為安裝消聲器前后在固定測(cè)點(diǎn)處的聲壓級(jí)之差。

式中，、為安裝消聲器前后在某測(cè)點(diǎn)的聲級(jí)，、為安裝消聲器前后在某測(cè)點(diǎn)的聲壓。插入損失是反應(yīng)消聲器的消聲性能好壞的重要指標(biāo)。

選取了加速行駛噪聲實(shí)驗(yàn)中噪聲最大的工況，即2檔和3檔對(duì)應(yīng)車速分別為50km/h，60或65km/h，70km/h的工況進(jìn)行測(cè)試。

實(shí)驗(yàn)采用45°方法測(cè)量[2]，即測(cè)量位置在與排氣口氣流軸向成45°方向上，測(cè)距取0.5m，分別測(cè)量不裝消聲器只裝空管的排氣噪聲和安裝消聲器后的排氣噪聲的A計(jì)權(quán)聲壓級(jí)和頻帶聲壓級(jí)如圖4，進(jìn)行2次測(cè)量，取兩次結(jié)果的平均值，測(cè)試過程如圖5所示，結(jié)果見表2。

CF650G在各工況下的插入損失分別如圖6，圖7，圖8，圖9所示。VERSYS在各工況下的插入損失頻譜分別如圖10，圖11，圖12，圖13所示。從測(cè)量結(jié)果可以看出，兩受試車在2檔70km/h插入損失最高，說明消聲器和整車的匹配都較好，但原型車VERSYS的消聲量為16.4dB，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于目標(biāo)車CF650G的12.1dB，尤其是從頻譜圖上看，目標(biāo)車型在低頻消聲量明顯低于原車型。而之前進(jìn)行了消聲器傳遞損失測(cè)試[3]，結(jié)果是目標(biāo)車的傳遞損失在中低頻率優(yōu)于原型車，說明目標(biāo)車使用了性能更好的消聲器，但由于與排氣噪聲匹配較差，沒有發(fā)揮出應(yīng)有的性能，導(dǎo)致傳遞損失遠(yuǎn)低于原型車。這說明目標(biāo)車消聲器設(shè)計(jì)還有很高的提升空間。

3 消聲器優(yōu)化設(shè)計(jì)思路

由于消聲器內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不僅包含進(jìn)、排氣管，擴(kuò)張腔之間的連接直管或彎管，擴(kuò)張腔隔板，還包含吸聲材料，用于控制排放污染物如一氧化碳、碳?xì)浠衔?、氮氧化合物等的催化轉(zhuǎn)化器，氧傳感器等部件，這些部件的形狀及布置方式都會(huì)影響排氣噪聲性能。為了提高消聲器的插入損失，需要在消聲器優(yōu)化設(shè)計(jì)階段，對(duì)消聲器傳遞損失進(jìn)行仿真分析[4]，根據(jù)仿真分析結(jié)果，不斷調(diào)整消聲器尺寸結(jié)構(gòu)和內(nèi)部部件的參數(shù)，如擴(kuò)張腔直徑及長(zhǎng)度，內(nèi)部管的直徑及布置，隔板的厚度、布局方式，催化轉(zhuǎn)化器、氧傳感器等排放污染物控制部件的形狀、尺寸等。

由于低頻噪聲波長(zhǎng)很長(zhǎng)，具有很強(qiáng)的穿透能力，并且在各種介質(zhì)傳播時(shí)不易衰減，導(dǎo)致低頻噪聲降噪難度極高。國(guó)內(nèi)研究人員基于二階亥姆霍茲共振器單元設(shè)計(jì)了一種由多個(gè)單元組成的低頻抗性消聲器，由于其共振頻率是由多個(gè)單元的結(jié)構(gòu)參數(shù)決定，因此可以方便的調(diào)節(jié)其共振頻率，同時(shí)聲波在入射到消聲器內(nèi)部時(shí)，遇到多個(gè)單元和空氣間的巨大阻抗而被反射，從而達(dá)到了隔聲的效果。所設(shè)計(jì)的消聲器可以在1000Hz以下的低頻寬頻范圍達(dá)到20分貝以上的傳遞損失。具有很強(qiáng)的可推廣性[5]。

4 結(jié)論

完成了目標(biāo)車和原型車排氣噪聲和插入損失的測(cè)試，從測(cè)試結(jié)果可以看出，低頻段目標(biāo)車型排氣噪聲較高，目標(biāo)車消聲器插入損失遠(yuǎn)低于原型車。而之前的傳遞損失測(cè)試結(jié)果表明，目標(biāo)車的傳遞損失在中低頻率優(yōu)于原型車，因?yàn)閭鬟f損失反應(yīng)的是消聲器本身的消聲性能，目標(biāo)車消聲器的消聲性能較好，但插入損失卻不如原型車，說明目標(biāo)車在消聲器設(shè)計(jì)上與排氣噪聲的匹配很差，沒有發(fā)揮出消聲器應(yīng)有的作用。根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)給出了消聲器優(yōu)化設(shè)計(jì)的思路，針對(duì)低頻段排氣噪聲最高的特點(diǎn)，改變消聲器尺寸結(jié)構(gòu)參數(shù)和內(nèi)部部件結(jié)構(gòu)和布置方式，有針對(duì)性性的優(yōu)化設(shè)計(jì)消聲器成為后續(xù)工作的重點(diǎn)。

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