本田节能竞技大赛燃油节能车优化设计*

刘章棋，付龙虎，陈元富

本田节能竞技大赛燃油节能车优化设计*

刘章棋，付龙虎，陈元富

（泸州职业技术学院机械工程学院，四川 泸州 646000）

文章根据本田节能竞技大赛比赛规则，对燃油节能车进行发动机、底盘、车身进行优化设计，从而达到更加节能与环保的目的。

节能车；环保；节能

前言

燃油汽车给人们带来了交通便利的同时，也导致了燃油紧缺和大气环境污染问题。设计更加节能与环保的汽车，是汽车设计师们不断追求的目标。节能竞技大赛发源于日本，是Honda创始人本田宗一郎于1981年发起的一项社会活动。2006年，Honda本田中国技研部将该赛事引入到我国。参赛组别分为大学专科学校组和本田相关企业组。每年有来自全国各大高校、Honda关联企业近150支车队相聚在广州国际赛车场。通过参赛者亲自制作一辆节能车，共同倡导的环保理念以及挑战精神，进而提高全世界人们的节能、环保意识。燃油组比赛是由Honda本田公司提供一台125CC汽油摩托车发动机，各车队对发动机进行优化改进，设计制作车架、车身等。根据比赛规则，在规定时间和速度范围内，计算比较各参赛队燃油节能车的百公里燃油量。

节能赛车与普通轿车的结构布局相似，分为车身、底盘、电器、发动机四大部分。为了实现省油，节能赛车需对发动机、底盘、车身进行优化设计，通过减少整车重量、优化传动系统与车身气动布局等方法，来实现降低节能车百公里油耗的目的。

1 发动机优化设计

1.1 燃油供给系统改进

赛事组委会为各参赛队提供的为一台本田125CC摩托车发动机。它的燃油供给系统采用的是传统的化油器。化油器和节气门为一体的。化油器的原理是当进气流经节气门时，在节气门处会产生负压，利用这个负压将浮子室内的汽油吸出并随同空气形成可燃混合气。相比化油器发动机存在油耗高、污染大、不易启动等缺点，现将发动机的传统化油器改成电控燃油射系统。采用电控燃油喷射系统之后，可显著降低燃油节能赛车的百公里油耗和排放，同时更易于冷启动。

在节能赛车上主要用节气门位置传感器、发动机曲轴转速传感、凸轮轴转速传感器、进气压力传感器、进气温度传感器、发动机温度传感器、氧传感器、爆震传感器来监测发动机在各种工况下的运行数据，并将发动机的物理运行数据转换成电信号传给电控单元，电控单元根据原先输入程序计算出合适的燃油喷射量，再向喷油器输出喷油脉冲信号，从而达到了精确喷油的目的。

1.2 机油循环系统设计

本田125CC摩托车发动机润滑系统采用的是传统发动机的润滑系统。机油泵将机油经过机油道润滑摩擦面。新设计的机油循环系统，增加一个电动机油泵，将机油直接运输到配气机构及其他需要润滑的零件。机油循环系统可以保证零件的良好润滑，同时取得良好的冷却效果。

1.3 双火花塞设计

本田125CC摩托车发动机原装有一个火花塞。为了提高发动机的点火能量，改善摩托车汽油机的着火性能，在缸盖上加装一个火花塞。通过实验对比，发动机在冷机和热机状态下，双火花塞的发动机更易于启动，发动机燃烧效果更佳，从而降低了油耗和排放。

1.4 压缩比改进

一台发动机的动力技术参数，可以用功率与扭矩的大小来标示。压缩比表征的是空气在发动机气缸内被压缩的程度。压缩比等于气缸总容积比上燃烧室容积。在发动机不爆燃的情况下，压缩比越大越好。原有发动机的压缩比为9.5，经过取消缸垫，并铣削发动机缸盖的下表面0.5mm，可以使压缩比提高到11.5。提高了压缩比，发动机可获得更大的功率和扭矩，燃烧效果更佳，从而达到更佳省油的目的。但是，发动机的压缩比提高后，发动机爆燃倾向提高了，需加入抗爆性更好的汽油，如98#。

2 底盘优化设计

2.1 车架型式确定

车架是节能赛车的骨架。车架要承受整车和车手的重量，需具备承受各种冲击载荷的能力。碳素钢有足够的强度和刚度，应用广泛，价格低、质量轻、焊接性好等特点。为了减小节能车的滚动阻力，节能车采用三个车轮，即两个前轮，一个后轮。两个前轮作为转向轮，可提高节能车的转向时的行驶稳定性。车架型式采用边梁式，成梯形形状，前宽后窄，结构简单，重量轻，易于制作。且具有较好的刚度和强度，行驶稳定性好。

2.2 传动系统改进

发动机中置，通过链条直接驱动后轮，这样节能赛车容易获得较大的驱动力，同时，省略了差速器和驱动半轴，使结构简化，减轻了车架重量，降低了车辆成本和故障率。但是，与四轮车辆相比，三轮车辆的行驶稳定性较差，容易侧翻，需要降低车辆的重心，以避免三轮车辆的侧翻。

传动系统优化设计方案为切除了发动机上原装的变速机构，采用链条传动。发动机动力经离合器后，通过链条直接传递给后轮，简化了传递线路，减少了传递损失，从而提高了传递效率。在后轮上再设计一个车轮离合器，当节能车处于滑行运行状态时，关闭掉发动机，通过车轮离合器来断开传动系统，这样大幅减少了传动系的自身阻力损耗，取得了良好的节油效果。

图1

3 车身优化设计

3.1 车身材料选择

目前，各参赛队主要采用玻璃钢和碳纤维材料来制作车身。玻璃钢（FRP）也被称为GFRP，即纤维强化塑料，主要有用环氧树脂与酚醛树脂基体、玻璃纤维增强不饱和聚酯。以玻璃纤维或其制品作增强材料的增强塑料，称谓为玻璃纤维增强塑料，亦称为玻璃钢。根据使用的树脂种类不同，可分为酚醛玻璃钢、聚酯玻璃钢、环氧玻璃钢。玻璃钢硬度大，质量轻，不导电，性能稳定，机械强度高，耐腐蚀，可以代替钢材制造机器零件和汽车、船舶外壳等。碳纤维是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维的材料。它是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成，经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。碳纤维的优点主要有质量比较轻，强度高，并且具有耐腐蚀、高模量的特性，但缺点是不能焊接。经过试验对比玻璃钢和碳纤维的性能，碳纤维的单位质量更轻，韧性更好，更容易成型，成本较玻璃钢贵。因此，节能赛车车身采用碳纤维材料。

3.2 车身制作工艺流程

第一步是做车身基础模型。依据车架总高度、总宽度、总长度、轮距轴距、离地高度等参数，用发泡剂做车身基础模型，并修改成原始设计的形状。第二步是刷玻璃钢。在车身基础模型表面上，将配制好的有机料（黑料质量:白料质量:树脂质量=3：3：100)刷在车身基础模型上，并铺好纤维布。第三步是在车身基础模型上刮原子灰，并打磨，做成一个表面光滑的车身模型。第四步是铺设碳纤维布。在车身模型上刷一层底层碳纤胶水（A料质量:B料质量=3：1），在胶水干之前贴上一层碳纤维布，使碳纤维布完全与底胶粘和在一起。再在碳纤布面上刷一层胶，等胶干了以后，再刷一层胶，依次重复五次。第五步是打磨碳纤车身模型，形成比较光滑的表面。第六步是开模。将碳纤车身从基础模型上脱离下来，并做好上下车身的结合面。第七步是碳纤车身表面处理。为了车身美观，在碳纤车身上贴上汽车膜或者喷涂汽车漆。

根据本田Honda中国节能竞技大赛规则，通过改进本田125cc摩托车发动机，优化设计节能赛车的底盘和车身，节能赛车取得较好的节油效果。

[1] 韩杰尧.Honda 中国节能竞技大赛赛车车身总成设计.[J]汽车实用技术.2018年第23期.

[2] 李亚鹏.本田节能竞技大赛节能车设计与优化.[J]科技资讯.2017年第33期.

[3] 张天宇.基于节能竞技比赛的发动机节能技术研究.[J]内燃机与配件.2018年3月.

[4] 张建昌.节能车车身优化设计.[J]科技视界.2014年6月.

[5] 杜灿谊.节能赛车的车身造型设计与优化分析.[J]汽车实用技术. 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

刘章棋（1982.11-），男，就职于泸州职业技术学院机械工程学院，主要研究方向：汽车设计与维修。

论文用于泸州职业技术学院院级课题，名称：节能车车架结构优化设计。课题编号：K-1815。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.14.019