摩托车发动机排气消声器优化设计研究

摩托车发动机排气消声器优化设计研究

韦佳嘉

广州大运机车有限公司

一、摩托车噪音的危害和影响

摩托车在社会生活中为人们的日常出行和工作出行带来了很大的便利，但由于摩托车车身构造相对于汽车的构造相对简单，并且发动机直接暴露在环境之内，并没有良好的遮挡物进行遮挡，这就使得发动机以及排气管产生的噪音大部分都排放在环境当中，给社会环境造成了很大的危害，也对于人们的生活造成了影响。

（一）影响人居健康

摩托车噪音的产生，使得社会生活中人们的日常生活受到了较大的影响，最主要的就是当人们在休息时，过大的噪音会直接影响人们的身体健康，造成人们无法安静入睡，并直接影响人们的心情。此外，摩托车的驾驶者在驾驶摩托车时，由于过多的噪音产生，会严重危害价值者的听力，严重的会造成耳鸣等耳朵方面的疾玻

（二）影响驾驶判断

在摩托车行驶的过程中，由于过多的噪音产生，会严重影响驾驶者的驾驶判断，比如：在驾驶者准备转向或者掉头时，由于摩托车噪音的影响，驾驶者听不到后方或者侧方的来车，以至于会发生交通事故。所以，驾驶安全方面，摩托车的噪音产生阻碍了驾驶者的驾驶判断，危害了交通安全。

二、摩托车排气噪音分析以及消音器设计要求

（一）摩托车噪音分析

摩托车噪音的产生，对社会交通环境产生直接危害的同时，也使得驾驶者很容易产生驾驶疲劳，从而造成交通事故的发生，所以，做好摩托车噪音方面的分析，能够为摩托车消音器设计以及生产做好基础准备。

1、整车产生的噪音

摩托车整车在正常行驶的过程中，会由于受到风力的影响、排气系统的影响、车体震动影响以及发动机方面的影响，从而使得整车的噪声分贝较大，这也是摩托车噪声产生中急需注意的几种问题。

2、发动机排气噪音分析

摩托车的发动机由于直接暴露在环境当中，所以摩托车发动机的机械运动产生的噪音，绝大部分直接排放到了环境当中，其中，发动机的进气装置产生的噪声是由于发动机的运转需要，从而对空气进行压缩，产生噪声；在发动机的活塞运动当中，需要对燃油进行压缩，在气缸内产生爆燃，以此产生动力推动发动机运转，这当中产生的噪音也是由于发动机震动而产生的；发动机的排气过程形成的噪音，占发动机总体噪音的30%之多，因此降低排气方面的噪音能够显著的改善摩托车噪音过大的问题。

（二）摩托车消音器设计要求

1、消音性能良好

要保证消音器的消音频率特征与消音器的消音量频率保持一致；

2、减少对排气的阻力

在减少对排气的阻力时，要保证排气背压稳定，从而避免由于排气背压降低而产生的发动机性能损失。

3、保证消音器耐高温

消音器的使用当中，在排气管到排出的气体温度较高，并且废气会具有一定的腐蚀性，因此在选择和设计消音器时，要注意消音器的耐高温性能和耐腐蚀性能，同时避免选择玻璃棉等的易破损材料，原因在于这类材料的使用中会出现破损从而导致排气管堵塞。

4、具有良好的空气动力学性能

在消音器的使用中，要考虑其对排气噪音进行的解消过程不会再次产生噪音。

5、使用性能良好

要保证消音器的长时间使用不会出现质量等问题，并能够满足摩托车发动机长时间运行的需要。

三、摩托车发动机排气消声器的优化设计

（一）尾管噪声值对比

将改进的消声器模型与发动机模型进行耦合，并与之前的消声器模型进行比较。改进后中高转速时尾管噪声值有一定的降低，在5000r/min时降低量达到5dB，且低转速时，消音量几乎保持不变。

（二）插入损失对比

将改进的消声器模型与插入损失仿真模型进行耦合计算，得到改进消声器的插入损失，与原型消声器进行对比。改进前后的空管时尾管噪声值是一样的，因此改进前后插入损失的对比也就是改进前后带消声器时尾管噪声值的对比。改进后插入损失在中高转速下有明显的提高，在5000r/min时插入损失提高4dB（A），中低转速变化不大，不超过1dB（A）。

（三）压力损失对比

将改进的消声器模型与压力损失仿真模型进行耦合计算，得到改进消声器的压力损失，与原消声器进行对比。从压力损失对比图中看改进消声器的压力损失与原消声器变化不大，在转速为5500r/min时，压力损失仅增加2kPa，对发动机功率影响较校相对于消声性能的提高，改进消声器的压力损失的略微增大可以接受。因此，改进方案在保证压力损失满足设计要求的前提下使插入损失更大，较好的满足了消声器高转速下的消声量指标。

（四）消音器的扩张比选择

摩托车发动机排气消音扩张比的增大，会增加消音器的消音量，因此选择合适的消音扩张比能够最大限度的提升发动机排气的消音效果。一方面，将消音器的进口和出口管道直径进行缩小；另一方面，可以增大消音器外壳的直径。这其中，消音器的入口直径会受到发动机排气口大小的限制，所以，在保证发动机排气口背压合适的情况下，改进消音器的入口直径，这样做不仅可以增加消音量，也可以使得摩托车有良好的排气性能。

（五）消音器容量与尾管的选择

消音器的容量越大，则消音效果就会越好，因此在选择合适的消音器容量时，考虑摩托车车身大小，使之能够与之匹配，从而在此基础上，尽量选择大容量的消音器，以提高消音器的消音效果；同时，在尾管的选择当中，主要的选择依据是消音器管道的长度和尾管的排气口形状，合适的长度加上一定的排气口形状，能够将尾气在合适的空间、合适的位置进行排放，从而达到理想的消音效果。可供选择的发动机消音器尾管形状有：正切口、鱼尾形、斜切口等。此外，消音器的容量选择要考虑摩托车发动机的整体排量，大排量的摩托车发动机要选择尽量大的消音器容量，以保证大排量的发动机消音需求；而对于小排量的发动机，选择大容量的消音器也能够形成比较好的消音效果，但为了摩托车的整体外形效果，应该选择符合小排量发动机适合的消音器容量。

四、总结

总而言之，摩托车发动机排气消音器的优化设计，要考虑实际的消音效果和保证发动机的主要性能，合适的消音器能够在降低噪音的同时，保证发动机的整体性能；但不合适的消音器选择，不仅会影响到消音的效果，也会对于摩托车的发动机性能造成影响和限制。因此，对尾管噪声值对比、插入损失对比以及压力损失对比的技术研究将对于摩托车发动机排气消音器的优化设计至关重要。

参考文献：

[1]石岩.排气消声器消声特性仿真分析与排气噪声声音品质设计[D].天津大学,2017.

[2]潘洪健.满足摩托车国Ⅲ排放标准的催化剂及匹配技术研究[D].武汉理工大学,2018.

[3]姜勇.CG125型摩托车主要噪声源识别及排气噪声控制研究[D].上海交通大学,2017.