本田節能競技大賽燃油節能車優化設計*

劉章棋，付龍虎，陳元富

本田節能競技大賽燃油節能車優化設計*

劉章棋，付龍虎，陳元富

（瀘州職業技術學院機械工程學院，四川 瀘州 646000）

文章根據本田節能競技大賽比賽規則，對燃油節能車進行發動機、底盤、車身進行優化設計，從而達到更加節能與環保的目的。

節能車；環保；節能

前言

燃油汽車給人們帶來了交通便利的同時，也導致了燃油緊缺和大氣環境污染問題。設計更加節能與環保的汽車，是汽車設計師們不斷追求的目標。節能競技大賽發源于日本，是Honda創始人本田宗一郎于1981年發起的一項社會活動。2006年，Honda本田中國技研部將該賽事引入到我國。參賽組別分為大學?？茖W校組和本田相關企業組。每年有來自全國各大高校、Honda關聯企業近150支車隊相聚在廣州國際賽車場。通過參賽者親自制作一輛節能車，共同倡導的環保理念以及挑戰精神，進而提高全世界人們的節能、環保意識。燃油組比賽是由Honda本田公司提供一臺125CC汽油摩托車發動機，各車隊對發動機進行優化改進，設計制作車架、車身等。根據比賽規則，在規定時間和速度范圍內，計算比較各參賽隊燃油節能車的百公里燃油量。

節能賽車與普通轎車的結構布局相似，分為車身、底盤、電器、發動機四大部分。為了實現省油，節能賽車需對發動機、底盤、車身進行優化設計，通過減少整車重量、優化傳動系統與車身氣動布局等方法，來實現降低節能車百公里油耗的目的。

1 發動機優化設計

1.1 燃油供給系統改進

賽事組委會為各參賽隊提供的為一臺本田125CC摩托車發動機。它的燃油供給系統采用的是傳統的化油器。化油器和節氣門為一體的。化油器的原理是當進氣流經節氣門時，在節氣門處會產生負壓，利用這個負壓將浮子室內的汽油吸出并隨同空氣形成可燃混合氣。相比化油器發動機存在油耗高、污染大、不易啟動等缺點，現將發動機的傳統化油器改成電控燃油射系統。采用電控燃油噴射系統之后，可顯著降低燃油節能賽車的百公里油耗和排放，同時更易于冷啟動。

在節能賽車上主要用節氣門位置傳感器、發動機曲軸轉速傳感、凸輪軸轉速傳感器、進氣壓力傳感器、進氣溫度傳感器、發動機溫度傳感器、氧傳感器、爆震傳感器來監測發動機在各種工況下的運行數據，并將發動機的物理運行數據轉換成電信號傳給電控單元，電控單元根據原先輸入程序計算出合適的燃油噴射量，再向噴油器輸出噴油脈沖信號，從而達到了精確噴油的目的。

1.2 機油循環系統設計

本田125CC摩托車發動機潤滑系統采用的是傳統發動機的潤滑系統。機油泵將機油經過機油道潤滑摩擦面。新設計的機油循環系統，增加一個電動機油泵，將機油直接運輸到配氣機構及其他需要潤滑的零件。機油循環系統可以保證零件的良好潤滑，同時取得良好的冷卻效果。

1.3 雙火花塞設計

本田125CC摩托車發動機原裝有一個火花塞。為了提高發動機的點火能量，改善摩托車汽油機的著火性能，在缸蓋上加裝一個火花塞。通過實驗對比，發動機在冷機和熱機狀態下，雙火花塞的發動機更易于啟動，發動機燃燒效果更佳，從而降低了油耗和排放。

1.4 壓縮比改進

一臺發動機的動力技術參數，可以用功率與扭矩的大小來標示。壓縮比表征的是空氣在發動機氣缸內被壓縮的程度。壓縮比等于氣缸總容積比上燃燒室容積。在發動機不爆燃的情況下，壓縮比越大越好。原有發動機的壓縮比為9.5，經過取消缸墊，并銑削發動機缸蓋的下表面0.5mm，可以使壓縮比提高到11.5。提高了壓縮比，發動機可獲得更大的功率和扭矩，燃燒效果更佳，從而達到更佳省油的目的。但是，發動機的壓縮比提高后，發動機爆燃傾向提高了，需加入抗爆性更好的汽油，如98#。

2 底盤優化設計

2.1 車架型式確定

車架是節能賽車的骨架。車架要承受整車和車手的重量，需具備承受各種沖擊載荷的能力。碳素鋼有足夠的強度和剛度，應用廣泛，價格低、質量輕、焊接性好等特點。為了減小節能車的滾動阻力，節能車采用三個車輪，即兩個前輪，一個后輪。兩個前輪作為轉向輪，可提高節能車的轉向時的行駛穩定性。車架型式采用邊梁式，成梯形形狀，前寬后窄，結構簡單，重量輕，易于制作。且具有較好的剛度和強度，行駛穩定性好。

2.2 傳動系統改進

發動機中置，通過鏈條直接驅動后輪，這樣節能賽車容易獲得較大的驅動力，同時，省略了差速器和驅動半軸，使結構簡化，減輕了車架重量，降低了車輛成本和故障率。但是，與四輪車輛相比，三輪車輛的行駛穩定性較差，容易側翻，需要降低車輛的重心，以避免三輪車輛的側翻。

傳動系統優化設計方案為切除了發動機上原裝的變速機構，采用鏈條傳動。發動機動力經離合器后，通過鏈條直接傳遞給后輪，簡化了傳遞線路，減少了傳遞損失，從而提高了傳遞效率。在后輪上再設計一個車輪離合器，當節能車處于滑行運行狀態時，關閉掉發動機，通過車輪離合器來斷開傳動系統，這樣大幅減少了傳動系的自身阻力損耗，取得了良好的節油效果。

圖1

3 車身優化設計

3.1 車身材料選擇

目前，各參賽隊主要采用玻璃鋼和碳纖維材料來制作車身。玻璃鋼（FRP）也被稱為GFRP，即纖維強化塑料，主要有用環氧樹脂與酚醛樹脂基體、玻璃纖維增強不飽和聚酯。以玻璃纖維或其制品作增強材料的增強塑料，稱謂為玻璃纖維增強塑料，亦稱為玻璃鋼。根據使用的樹脂種類不同，可分為酚醛玻璃鋼、聚酯玻璃鋼、環氧玻璃鋼。玻璃鋼硬度大，質量輕，不導電，性能穩定，機械強度高，耐腐蝕，可以代替鋼材制造機器零件和汽車、船舶外殼等。碳纖維是一種含碳量在95%以上的高強度、高模量纖維的新型纖維的材料。它是由片狀石墨微晶等有機纖維沿纖維軸向方向堆砌而成，經碳化及石墨化處理而得到的微晶石墨材料。碳纖維的優點主要有質量比較輕，強度高，并且具有耐腐蝕、高模量的特性，但缺點是不能焊接。經過試驗對比玻璃鋼和碳纖維的性能，碳纖維的單位質量更輕，韌性更好，更容易成型，成本較玻璃鋼貴。因此，節能賽車車身采用碳纖維材料。

3.2 車身制作工藝流程

第一步是做車身基礎模型。依據車架總高度、總寬度、總長度、輪距軸距、離地高度等參數，用發泡劑做車身基礎模型，并修改成原始設計的形狀。第二步是刷玻璃鋼。在車身基礎模型表面上，將配制好的有機料（黑料質量:白料質量:樹脂質量=3：3：100)刷在車身基礎模型上，并鋪好纖維布。第三步是在車身基礎模型上刮原子灰，并打磨，做成一個表面光滑的車身模型。第四步是鋪設碳纖維布。在車身模型上刷一層底層碳纖膠水（A料質量:B料質量=3：1），在膠水干之前貼上一層碳纖維布，使碳纖維布完全與底膠粘和在一起。再在碳纖布面上刷一層膠，等膠干了以后，再刷一層膠，依次重復五次。第五步是打磨碳纖車身模型，形成比較光滑的表面。第六步是開模。將碳纖車身從基礎模型上脫離下來，并做好上下車身的結合面。第七步是碳纖車身表面處理。為了車身美觀，在碳纖車身上貼上汽車膜或者噴涂汽車漆。

根據本田Honda中國節能競技大賽規則，通過改進本田125cc摩托車發動機，優化設計節能賽車的底盤和車身，節能賽車取得較好的節油效果。

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[2] 李亞鵬.本田節能競技大賽節能車設計與優化.[J]科技資訊.2017年第33期.

[3] 張天宇.基于節能競技比賽的發動機節能技術研究.[J]內燃機與配件.2018年3月.

[4] 張建昌.節能車車身優化設計.[J]科技視界.2014年6月.

[5] 杜燦誼.節能賽車的車身造型設計與優化分析.[J]汽車實用技術. 2017年第4期.

Optimal Design of fuel Saving vehicle in Honda Energy Saving Competition*

Liu Zhangqi, Fu Longhu, Chen Yuanfu

( School of Mechanical Engineering Luzhou Vocational and Technical College, Sichuan Luzhou 646000 )

According to the competition rules of the field energy-saving competition, this paper optimizes the engine, chassis and body of the fuel-saving vehicle, so as to achieve the goal of more energy-saving and environmental protection.

energy-saving vehicle; environmental protection; energy saving

U462.1

A

1671-7988(2019)14-61-03

U462.1

A

1671-7988(2019)14-61-03

劉章棋（1982.11-），男，就職于瀘州職業技術學院機械工程學院，主要研究方向：汽車設計與維修。

論文用于瀘州職業技術學院院級課題，名稱：節能車車架結構優化設計。課題編號：K-1815。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.14.019