鄧鵬

摘要：以Honda中國(guó)節(jié)能競(jìng)技大賽為背景，以賽方提供的125cc低油耗4沖程發(fā)動(dòng)機(jī)為基礎(chǔ)，在不違背比賽規(guī)則的情況下，從發(fā)動(dòng)機(jī)的切割減重、發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火系改裝、發(fā)動(dòng)機(jī)保溫、發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)改裝等方面提出可行的降低燃油消耗率的方案，并且在實(shí)際的道路試驗(yàn)中取得了較好的效果。

關(guān)鍵詞：節(jié)能車(chē);發(fā)動(dòng)機(jī);改裝;燃油經(jīng)濟(jì)性

0? 引言

為了喚起人們對(duì)于環(huán)保的探索欲， Honda創(chuàng)始人本田宗一郎先生于1981年在日本創(chuàng)辦首屆Honda節(jié)能競(jìng)技大賽;2007年Honda節(jié)能競(jìng)技大賽來(lái)到中國(guó)成為Honda中國(guó)節(jié)能競(jìng)技大賽，至今為止已經(jīng)成功舉辦了12屆，比賽搭載Honda統(tǒng)一提供的125cc低油耗4沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，車(chē)架和車(chē)身等則由各車(chē)隊(duì)獨(dú)立創(chuàng)作完成，最終以燃油的消耗量多少而一決勝負(fù)[1]。自Honda中國(guó)節(jié)能競(jìng)技大賽創(chuàng)辦以來(lái)，來(lái)自全國(guó)各地的科研團(tuán)隊(duì)無(wú)不想盡各種辦法減少節(jié)能車(chē)的燃油消耗率。在整車(chē)結(jié)構(gòu)方面，通過(guò)盡量精簡(jiǎn)車(chē)架結(jié)構(gòu)、使用碳纖維等輕量化的復(fù)合材料制作車(chē)身車(chē)架、設(shè)計(jì)流線型低風(fēng)阻的車(chē)身結(jié)構(gòu)、使用性能更加優(yōu)越的軸承、輪胎等來(lái)降低行駛阻力;在發(fā)動(dòng)機(jī)方面，通過(guò)切割不必要的發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)來(lái)減少其質(zhì)量、使用電控燃油噴射系統(tǒng)代替原有的化油器、改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)零部件結(jié)構(gòu)，進(jìn)而提升發(fā)動(dòng)機(jī)性能。本文將針對(duì)賽方提供的125cc發(fā)動(dòng)機(jī)，從發(fā)動(dòng)機(jī)的切割減重、發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火系改裝、發(fā)動(dòng)機(jī)保溫、發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)改裝等方面提出可行方案。

1? 大賽發(fā)動(dòng)機(jī)及規(guī)則介紹

1.1 大賽發(fā)動(dòng)機(jī)介紹（表1）

1.2 大賽規(guī)則介紹

發(fā)動(dòng)機(jī)以Honda提供的四沖程125cc發(fā)動(dòng)機(jī)為基礎(chǔ)，可自由改造。但需要遵守以下要求：

①氣缸蓋、曲軸箱、曲軸要求使用下發(fā)的發(fā)動(dòng)機(jī)零部件（可加工使用）。

②排氣量在125cc以下，為自然進(jìn)氣式，其結(jié)構(gòu)必須確保潤(rùn)滑油不會(huì)泄漏。

2? 發(fā)動(dòng)機(jī)具體改裝方案

2.1 大體切割方向和理論基礎(chǔ)

本田節(jié)能大賽提供的單缸125cc發(fā)動(dòng)機(jī)共有4個(gè)擋位，兩種離合，而我們僅需要保留直接擋位和一個(gè)離合即可。因?yàn)楸荣愡^(guò)程中發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)間短，故缸體部分的散熱鰭也可進(jìn)行切割處理，并選擇另外一種保溫材料進(jìn)行缸體保溫。

2.2 具體切割方案和最終效果

變速箱部分切割：按照維修手冊(cè)上的操作方法，將手動(dòng)離合模塊、變檔軸、起動(dòng)軸、主軸、從動(dòng)軸、軸承等零件拆下，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)變速箱部分進(jìn)行切割，具體切割路徑如圖1。

因拆除了發(fā)動(dòng)機(jī)的主軸和從動(dòng)軸，故破壞了其所在的潤(rùn)滑油路，要想維持原有潤(rùn)滑系統(tǒng)的正常工作，必須保證切割后油路部分密封良好。另外，由于切割放棄了原有的機(jī)油注入口，故需要在原有既有注入口附近的保留機(jī)體上鉆取一個(gè)機(jī)油注入孔。

散熱鰭切割：用數(shù)控銑床對(duì)散熱鰭部分進(jìn)行切割，僅留缸體部分。切割深度5mm（根據(jù)實(shí)際情況可有調(diào)整）。

發(fā)動(dòng)機(jī)密封：因切割后失去了原有的密封效果，且因?yàn)樾枰糜覀?cè)離心式離合器下方齒輪傳動(dòng)，故需要加工兩塊金屬板代替原有的右側(cè)曲軸箱蓋和切割后的發(fā)動(dòng)機(jī)尾部。對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)尾部部分，由于沒(méi)有原始的固定位置，故采用焊接加密封膠的方法密封;對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)右側(cè)，由于原始的螺孔依然保留，故可以在原有螺栓固定基礎(chǔ)上加適當(dāng)密封膠進(jìn)行密封，但須注意的是，右側(cè)有離合器軸和螺母，無(wú)法使金屬板整塊直接安裝，故考慮采用先對(duì)兩軸位置進(jìn)行打孔擴(kuò)孔操作后，用SolidWorks軟件畫(huà)出具體的孔密封模塊，利用3D打印的方式制造出一塊檔板，將擋板用密封膠密封于金屬板上。

傳動(dòng)部分：切割之后的發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)法進(jìn)行正常傳動(dòng)，故考慮利用離心使離合器傳動(dòng)，這就需要對(duì)離合器軸套部分進(jìn)行加工，加上一個(gè)皮帶傳動(dòng)齒輪。

3? 發(fā)動(dòng)機(jī)保溫

發(fā)動(dòng)機(jī)工作在溫度范圍為80～90℃時(shí)，其效率最高。節(jié)能車(chē)在比賽過(guò)程中采取的是以滑行為主的行駛策略，故發(fā)動(dòng)機(jī)停機(jī)時(shí)間較長(zhǎng)，散熱速度過(guò)快，對(duì)維持發(fā)動(dòng)機(jī)工作效率不利。為了解決這個(gè)問(wèn)題，我們考慮在切除散熱片的氣缸周?chē)蝗Ρ夭牧希捎阱a箔紙能夠較好的貼合缸體表面、質(zhì)量輕、保溫效果好，故考慮使用錫箔紙包裹切割后的氣缸，外部用軋帶加以固定，以達(dá)到保溫效果。[2]

4? 發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火系改裝

4.1 大體改裝方向和理論基礎(chǔ)

本田節(jié)能大賽提供的單缸125cc發(fā)動(dòng)機(jī)僅配裝有一個(gè)原廠火花塞，無(wú)論是在點(diǎn)火能量還是點(diǎn)火成功率上都沒(méi)有達(dá)到我們的期望值，故考慮加裝火花塞來(lái)增加點(diǎn)火成功率和點(diǎn)火能量。

加裝雙火花塞有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

①采用雙火花塞點(diǎn)火后，兩個(gè)火花塞同時(shí)點(diǎn)火使混合氣爆炸燃燒，急速形成較強(qiáng)烈的渦流，大幅度加快了火焰的傳播速度，同時(shí)火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x縮短1/2，燃燒所用的時(shí)間也相應(yīng)縮短，提高了熱效率。

②由于燃燒時(shí)間縮短，點(diǎn)火提前角可以顯著推遲。因此，點(diǎn)火時(shí)燃燒室混合氣的溫度和壓力都較高，有利于著火和速燃。

③兩個(gè)火花塞同時(shí)點(diǎn)火，可使著火概率提高一倍，降低失火率，還可以進(jìn)一步調(diào)稀空燃比，實(shí)現(xiàn)稀燃。[3]

④實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定燃燒。

4.2 具體改裝方案

通常的雙火花塞點(diǎn)火系統(tǒng)是在半球形燃燒室兩側(cè)對(duì)稱(chēng)布置兩個(gè)同型號(hào)火花塞，這兩個(gè)火花塞與燃燒室中心的距離相等，發(fā)動(dòng)機(jī)怠速或低速運(yùn)行時(shí)仍采用單火花塞點(diǎn)火;正常工作后，兩個(gè)火花塞才同時(shí)點(diǎn)火。[4]為實(shí)現(xiàn)雙火花塞點(diǎn)火，考慮原火花塞位置的對(duì)面鉆斜孔布置另一只火花塞，形成對(duì)置的雙火花塞點(diǎn)火機(jī)構(gòu)。由于雙火花塞的會(huì)使得火焰的蔓延速度加快，從而導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)工作循環(huán)出現(xiàn)問(wèn)題，所以我們需要進(jìn)行臺(tái)架實(shí)驗(yàn)重新標(biāo)定點(diǎn)火提前角并確定其最優(yōu)空燃比。

5? 發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑系改裝

通過(guò)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的相關(guān)拆解我們發(fā)現(xiàn)，該發(fā)動(dòng)機(jī)是通過(guò)曲軸直接輸出轉(zhuǎn)矩帶動(dòng)機(jī)械式的機(jī)油泵工作，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的潤(rùn)滑;而這就意味著，發(fā)動(dòng)機(jī)的相當(dāng)一部分功率被消耗于潤(rùn)滑系統(tǒng)的工作而非節(jié)能車(chē)的行駛，而且在準(zhǔn)備發(fā)動(dòng)機(jī)的相關(guān)臺(tái)架試驗(yàn)的過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間的高功率運(yùn)行會(huì)造成發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油過(guò)熱從而導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)故障甚至飛車(chē)?yán)椎葒?yán)重后果;故考慮去除原有的機(jī)械式內(nèi)置機(jī)油泵，在不改變其既有潤(rùn)滑系統(tǒng)循環(huán)的基礎(chǔ)上，采用外置的電動(dòng)機(jī)油泵，并且在油路上添加相應(yīng)的散熱器和壓力表、溫度傳感器等裝置，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)油溫度和壓力的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

6? 發(fā)動(dòng)機(jī)改裝后的穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)標(biāo)定試驗(yàn)

由于對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行上述改裝后，較大程度的改變了其原有機(jī)械結(jié)構(gòu)，故會(huì)對(duì)其相關(guān)工作循環(huán)造成一定影響，所以考慮對(duì)改裝后的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行相關(guān)磨合試驗(yàn)和臺(tái)架標(biāo)定實(shí)驗(yàn)，以實(shí)現(xiàn)其機(jī)械機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性并確定其最優(yōu)空燃比、改裝后的點(diǎn)火提前角、萬(wàn)有特性圖等相關(guān)數(shù)據(jù)。

7? 改進(jìn)成果

在此前2019年殼牌中國(guó)環(huán)保馬拉松賽中，西華大學(xué)節(jié)能車(chē)隊(duì)的最優(yōu)成績(jī)?yōu)?7.06KM/L，經(jīng)過(guò)上述的改裝后和數(shù)據(jù)標(biāo)定后，我們于2020年寒假期間獲得的最新練車(chē)數(shù)據(jù)顯示，在同樣的道路條件和行駛策略及行駛距離下，改裝以后的成績(jī)達(dá)到了421.82KM/L，實(shí)際燃油消耗率降低了近80%，實(shí)現(xiàn)了較好的燃油經(jīng)濟(jì)性。

8? 結(jié)論

通過(guò)對(duì)Honda中國(guó)節(jié)能競(jìng)技大賽賽方提供的125cc發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行切割減重、點(diǎn)火系改裝、潤(rùn)滑系改裝、發(fā)動(dòng)機(jī)保溫等改裝操作，并且經(jīng)過(guò)后期的發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)和道路試驗(yàn)，證明所做技術(shù)改裝對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性性能有積極表現(xiàn)，此套改裝方案可以實(shí)際應(yīng)用到比賽當(dāng)中并且有較好的表現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]Honda中國(guó)節(jié)能競(jìng)技大賽|社會(huì)貢獻(xiàn)|企業(yè)信息|本田中國(guó) 《互聯(lián)網(wǎng)資源庫(kù)（https：//www.honda.com.cn）》.

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[3]閻希成，張俊杰，林漫群，朱保華，王之東.摩托車(chē)雙火花塞點(diǎn)火技術(shù)分析與應(yīng)用[J].小型內(nèi)燃機(jī)與車(chē)輛技術(shù)，2015，44（06）：68-70，85.

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