大排量摩托車排氣噪聲和插入損失測試

摘 要：摩托車噪聲污染是我國環(huán)境噪聲污染防治法中的重要評價指標，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于防治摩托車噪聲污染，促進摩托車可持續(xù)發(fā)展和技術進步具有重要的意義。采用實驗方法完成了大排量摩托車排氣噪聲和消聲器插入損失測試，對后續(xù)降噪工作提供依據(jù)。

關鍵詞：摩托車 排氣噪聲 插入損失

大排量摩托車有著更強的動力、速度和配置，但噪聲污染嚴重[1]。在進行摩托車排氣噪聲消聲控制時，首先需要對未安裝消聲器時的排氣噪聲進行數(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鍵部件，排氣消聲器的好壞對排氣噪聲聲源的消除具有非常大的影響。而插入損失是評價消聲器性能好壞的主要指標，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原型車及目標車的消聲量指標進行比較評價，以確定目標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 排氣噪聲測試

排氣噪聲是從發(fā)動機排氣多支管到排氣尾管各個組合部件所產(chǎn)生的噪聲。排氣系統(tǒng)的噪聲源一般包括發(fā)動機燃燒噪聲、沖擊噪聲，排氣系統(tǒng)的機械噪聲和輻射噪聲等，通過實驗測量排氣噪聲是目前最主要的排氣噪聲評價手段。本次實驗原型車為VERSYS，目標車為CF650G，皆為噪聲較大的大排量摩托車，實驗地點在天津摩托車質(zhì)量監(jiān)督檢驗所實驗室內(nèi)，測試設備為BBM公司的聲學采集系統(tǒng)。

根據(jù)事先進行的加速噪聲測試結(jié)果，車輛從入線到出線通過測試區(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應的工況應在二檔，三檔車速50km/h至70km/h之間，故本次選取2檔和3檔對應車速分別為50km/h，60或65km/h，70km/h的工況進行排氣噪聲測試。圖1是排氣噪聲測試過程照片，測試結(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均出現(xiàn)在二檔70km/h工況下，尤其是目標車CF650G排氣噪聲高達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，由于低頻噪聲波長較長，這需要消聲器擴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)化設計帶來極大挑戰(zhàn)，為確定車載消聲器實際消聲性能，需進一步測試消聲器插入損失。

2 插入損失測試

插入損失LIL定義為安裝消聲器前后在固定測點處的聲壓級之差。

式中，、為安裝消聲器前后在某測點的聲級，、為安裝消聲器前后在某測點的聲壓。插入損失是反應消聲器的消聲性能好壞的重要指標。

選取了加速行駛噪聲實驗中噪聲最大的工況，即2檔和3檔對應車速分別為50km/h，60或65km/h，70km/h的工況進行測試。

實驗采用45°方法測量[2]，即測量位置在與排氣口氣流軸向成45°方向上，測距取0.5m，分別測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計權聲壓級和頻帶聲壓級如圖4，進行2次測量，取兩次結(jié)果的平均值，測試過程如圖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，遠遠高于目標車CF650G的12.1dB，尤其是從頻譜圖上看，目標車型在低頻消聲量明顯低于原車型。而之前進行了消聲器傳遞損失測試[3]，結(jié)果是目標車的傳遞損失在中低頻率優(yōu)于原型車，說明目標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)揮出應有的性能，導致傳遞損失遠低于原型車。這說明目標車消聲器設計還有很高的提升空間。

3 消聲器優(yōu)化設計思路

由于消聲器內(nèi)部結(jié)構復雜，不僅包含進、排氣管，擴張腔之間的連接直管或彎管，擴張腔隔板，還包含吸聲材料，用于控制排放污染物如一氧化碳、碳氫化合物、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)化設計階段，對消聲器傳遞損失進行仿真分析[4]，根據(jù)仿真分析結(jié)果，不斷調(diào)整消聲器尺寸結(jié)構和內(nèi)部部件的參數(shù)，如擴張腔直徑及長度，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。

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

4 結(jié)論

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

參考文獻：

[1]王震武，王毅，蘇輝，等.大排量摩托車加速行駛噪聲測試及降噪控制技術研究[J].摩托車技術，2022（11）：36.

[2]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會.內(nèi)燃機排氣消聲器測量方法：GB/T 4759-2009[S].北京：中國標準出版社，2009.

[3]冷傳剛.大排量摩托車消聲器傳遞損失測試[J].摩托車技術，2023（01）：31-33.

[4]鄧厚科，楊光，任小龍.汽車排氣系統(tǒng)噪聲性能分析與研究[J].汽車電器，2025（02）：88.

[5]施全權.基于共振結(jié)構與多孔吸聲材料的消聲器研究與設計[D].湘西：吉首大學，2023.