节能发动机毕业论文

毕业论文

燃油节能车发动机设计

1.绪论

1.1 概述

1.1.1 当前世界的能源形势

能源是世界人类社会经济发展的重要物质基础，是生产力发展的主要动力。世界经济发展历史充分表明：能源的增长速度与GDP同步增长，呈正相关。战后50～70年代世界资本主义经济大发展与充足的廉价能源供给，特别是石油供给密切相关。为此，能源供给引起世界的普遍关注。能源是人类社会发展的重要基础资源。但由于世界能源资源产地与能源消费中心相距较远，特别是随着世界经济的发展、世界人口的剧增和人民生活水平的不断提高，世界能源需求量持续增大，由此导致对能源资源的争夺日趋激烈、环境污染加重和环保压力加大。由此可以断定,在未来生活中,节能减排这个话题将不会减弱,相反的,反而会被越来越多的人所关注,而节能减排最终会成为一个永久的话题被人们所认识和对待。

1.1.2 节能汽车概况

节能汽车指的是低能耗、低污染、新能源、新动力汽车。节能汽车的宗旨就是在满足需求的前提下尽可能少的耗费能源，同时减少污染气体的产生。由于能源危机和环境问题的日

的研究更是其中的重中之重。目前世界上的节能型汽车主要有三种类型，一是纯电动汽车，二是混合动力汽车，三是燃料电池汽车。

1.1.3未来汽车使用能源的发展方向

美国发现节目曾讨论了解决汽车能源问题的途径，其中的提案有生物能源汽车、氢能源汽车、电动汽车，以及节油车与出行方式的优化与改变。中国机械联合会张小虞在谈到能源汽车的发展时讲到新能源汽车的发展是战略性的新型产业，而不是权宜之计，在新能源汽车的创新和第三代锂电池的出现后，比能量和比功率提高7倍时，新能源汽车就可以和传统汽车进行竞争。但新能源汽车的发展是有渐进性的，不能一蹴而就。所以在目前还是对传统汽车的节油性进行发展。锂电池大规模用于电动车还需一定时间,目前国内锂电池的研究工作和国外相比，差距主要体现在电池的控制系统和电源管理系统上。邓伦浩对记者说，现在国内对锂电池的研究处于各自开发的状态。目前,有的公司已经能够为电动汽车提供相应的锂电池配套产品，配套的锂电池一般能跑200-500公里左右。邓伦浩告诉记者，现在国内锂电池的价格太高，电源管理系统的问题还没得到很好地解决。电动汽车还面临充电的问题。目前，家里的一般线路不能为电动汽车锂电池充电，必须配一个小型的专用充电器，而且充电的时间很长，很麻烦。在国外，为了解决这一问题，一般都把充电站和加油站放在一起。现在国内的充电站还没有大规模地建立起来。陈全世告诉记者，目前国内锂电池研究存在三大问题,首先是制造的一致性问题,由于在锂电池的制造工艺和设备上存在差距，使得国内锂电池的生产工艺参差不齐，制造标准还达不到一致性。电动汽车所用的锂电池都是串联或并联在一起，如果一致性问题解决不好，那么所生产的锂电池也就无法大规模应用于电动汽车。其次是知识产权问题。目前国内在磷酸铁锂电池的研究上已经取得突破，但是由于美国在这方面有专利，所以虽然我们在一些环节上能够自主研发，但是在知识产权问题上，还不知如何应对。第三是原材料的筛选问题。现在用于锂电池生产的原材料不可能全部进口，主要还是取自国内，但是国内的原材料要通过国际认证，生产出的锂电池才能被国际认可，所以在原材料认证环节上目前还存在一些问题。目前中国80%的二氧化碳排放来自燃煤，超过 50%的煤炭消费用于火力发电，而同时，火力发电量占到总发电量的70%以上。加之目前我国煤炭发电平均效率只有35%，在这样的情况下，发展电动汽车，无异于增加电力消耗，同时也就意味着增加碳排放量。随着我国城镇化、工业化步伐的加快，电力资源将更为紧张。而在风能、核能发电尚在发展阶段的我国而言，大力发展电动汽车，势必将增加能源供需紧张形势，相反不利于低碳产业的发展布局。对于政府来说，在不遗余力地支持电动汽车发展、支持相关企业开发新产品的同时，更需要解决源头问题。以电动汽车为例，用煤炭替换石油的作为并不可取，电动汽车成为低碳经济时代先锋的前提是解决电力资源问题，否则，前景并不乐观。从以上各个专家的看法，可以看出我国要发展电动汽车是非常艰辛的和曲折的。但这并不代表不可能，只是时间问题，只要我们攻克了那些技术难题，电动汽车将会造福我们国民，甚至全人类。因此,发展纯电动汽车势不可挡。

1.1.4 本田油耗竞技大赛的意义

1.1.4.1 有效使用有限的燃料，发挥车辆的最大潜能

1980年代的世界性课题之一就是“节能”，本田技研钻研此课题的成果之一，就是推出了油耗仅为160km/L的新经济性车型spuercub，并为纪念这一车型的推出而举办了这项大赛。

第1届大赛在铃鹿赛道上举行，比赛分为第Ⅰ组和第Ⅱ组两类。第Ⅰ组的参赛车辆为搭载了本田50cc4冲程引擎的市售二轮车，参赛选手为16岁以上有驾驶执照者，是使用一定量的燃料比赛行驶多长距离的竞技。另外，第Ⅱ组的参赛车辆为搭载1台50cc4冲程发动机的原创车型，参赛选手为18岁以上有驾驶执照者，是在规定的路程中以平均25km/h以上时速行驶后比较油耗的竞技。

随着大赛举办次数的增多，油耗竞技的运动性和靠自己的智慧、技术制作车辆并不断改

21世纪除节约能源、节省资源之外，环保工作也是刻不容缓。但另一方面，能够随时去到自己想去的地方这种对车辆灵便性的要求也愈来越高。要解决这一矛盾，除了投入科学技术之外，还需要使用者掌握经济智慧的使用方法。

1.1.4.2 硬件与软件的结合，使赛车运动更具乐趣

使用更少的燃料实现舒适驾驶的车辆一般都是由技术人员负责研发，而同时驾驶员也应了解车辆的特性并加以灵活运用，也就是说需要硬件与软件的完美结合。其中，使用者参与车辆制作，通过亲身的体验来理解运用了高端技术的车辆不失为一条捷径。可以说，参加此项大赛是一次学习、实用科学技术的机会，同时也能感受到赛车运动的乐趣。

1.2 论文选题的背景及意义

汽车是国家科技能力体现的主要载体。近年来国家经济普遍向好，汽车工业正进入前所未有的繁荣时期。但中国汽车在设计风格上缺少世界水准，品牌和造型缺乏，项尖汽车外观设计和高科技性能在国产汽车的表现使我们处于一种尴尬局面。遗憾的是年产量处于全球领先地位的中国汽车业在世界汽车舞台上却仍然扮演着“配角”。因此，提高设计水平，形成自主开发产品的能力和中国汽车特有设计风格和品牌，将关系到汽车工业发展的全局和长远规划。汽车工业技术市场开发中，最主要市场消费关注点就是汽车车身的设计开发，它包括概念设计和工程设计。在整体设计中，车身占整车总成本的1／2—1／3，其更新频度高，技术进步快，是汽车产品商品性的重要标志，也是汽车开发的关键。同时，能源危机和原材料供应目前在国内日益突出，汽车市场的旺盛引起了另一个严重问题：有车无油。近一段时间，广州、上海、北京等城市相继出现油荒，空车无油问题开始出现，因此开发制造省油、低油耗的汽车成了又一个课题。基于这样一个背景，对于低油耗车身设计的课题受到研究者的重视。

在石油资源日益枯竭、全球石油储藏量急剧下降的背景下，我国汽车保有量却以平均每年12．07％的速度增加，我国对燃油的消费需求以惊人的快速度增长，有很大一部分依赖进口。一方面，我国汽车节油技术的应用有限，燃油的使用效率普遍不高，汽车百公里耗油约比发达国家高20％；另一方面，机动车排放污染已经成为我国污染物的主要来源之一。因此，汽车节油和环保问题日益突出，面对有限的石油资源和国家能源战略遇到的威胁与挑战，汽车节能与环保技术已成为汽车技术领域的研发热点。随着近几年国家节能减排工作的不断深化，汽车节能减排已经成为社会各界的共识，也正在成为社会全体成员的共同目标。

自2004年起，中国超越了同本成为仅次于美国的世界第二大石油消耗国。2006年，中国对进口石油的依赖增至年需求总量的47％，2006年中国的原油净进口量为13884万吨。而在1990年一2003年的13年里，中国汽车保有量年均增长率达到12％，汽车燃油消耗在中国石油消耗中所占的比例F1益增大。2004年，中国每一辆汽车的年均耗油是2．1吨，中国进口的原油有30％被汽车消耗，而这一比例在今后将升至50％。从尾气排放方面，汽车排出的废气已成为城市空气的首要污染源。据国家环保总局测算，2005年中国汽车排放污染在城市大气污染中所占比例高达79％。因此，汽车既是耗油大户，又是排放废气的大户，抓好了汽车的节能减排，就是抓住了重点。汽车节能减排的重要性不言而喻，考虑到当前我国的汽车节能技术发展的实际情况，除了要积极推进以混合动力、燃料电池、先进柴油、醇类汽车等为代表的新能源汽车技术的发展外，另一个推进汽车节能减排工作的措施就是大力研究开发适合我国现阶段汽车行业技术现状，并适合大量在用汽车的高性能节能产品。节能汽车与普通汽车的结构布局相似，由发动机、底盘和车身三大部分组成。发动机的改造无疑是攻关的重点，也是节能减排技术发展的主导性方向；底盘的设计关键在于减小摩擦损失和提高机械传动的效率；车身设计的重点在于外形美观、轻重量和较低的空气阻力系数。

1.3 论文研究的主要内容

（1）根据实际应用情况，做详细的调研，并在此基础上确定合理的方案。

（2）设计合理的发动机内部结构改造方案及控制系统方案。

（3）对系统进行必要的运动参数计算，对汽车的控制系统进行探讨。

（4）绘制车体的设计图，发动机的改造方案。

（5）部件图其零件图。

（6）编写设计说明书

在发动机改造方面，我综合了赛道的条件和比赛要求对发动机进行调整，计划对以下部分进行改进：拆除发动机不必要的部分，减小发动机汽缸体积，调整发动机的配气相位。

2.发动机

2.1 发动机发展简史

发动机，又称为引擎，是一种能够把一种形式的能转化为另一种更有用的能的机器，通常是把化学能转化为机械能。发动机最早诞生在英国, 回顾发动机产生和发展的历史，它经历了外燃机和内燃机两个发展阶段。所谓外燃机，就是燃料在发动机的外部燃烧，发动机将这种燃烧产生的热能转化成动能的机器。内燃机就是燃料在发动机的内部燃烧，同时将这种燃烧产生的热能转化成动能。18世纪中叶，瓦特发明蒸汽机标志着发动机的产生，蒸汽机这种外燃机是当时那个时代最主要的代表。1886年，奔驰一号的发明标志着内燃机开始进入我们的生活。虽然当初的发动机动力小，效率低，但是随着时代的发展，发动机也有了巨大的改变，由最初的外燃机发展到内燃机，再由1892年发明化油器而产生的化油器发动机，再到1967年电喷技术的出现而产生的电喷发动机，然后就是近几年的缸内直喷技术发展起来的缸内直喷发动机。这些无一不是发动机跨时代的进步。

2.2 当代发动机节能新技术

通过查阅资料，当代发动机先进技术主要有以下几点：

一：CBR（可控燃烧速率）技术。该技术是通过控制进气气流的组织形式（涡流和滚流）来改善燃烧，以达到降低排放、提高燃油经济性的新技术。主要有两种形式：蝶阀式和滑板式。优点是：1.具有良好的燃油经济性。2.不需要特别的低硫燃油。3.不需要成本较高的高压燃油系统。4.提高废气排放标准。

二：TCI（涡轮增压中冷）技术。该技术是利用专门的压气机将气体在进入汽缸前预先进行压缩，提高进气压力，从而提高进入汽缸的气体密度，减小体积，由此，单位体积内气体质量增加，满足燃烧需要又可提高发动机的体积比功率和重量比功率、提高机械效率、减少有害废气的排放和降低噪声。增压方式主要有三种：涡轮增压、机械增压和气波增压。TCI 的优点是在不增加排量的基础上大幅度提高功率和扭矩，同时提高燃油经济性和降低尾气排放。

三：DGI（汽油直喷）技术。该技术是通过电控系统的控制直接将汽油直接喷射在燃烧室内，同通过气门进入的空气进行混合从而形成可燃混合气进行燃烧。优点是：1.提高发动机的压缩比，同时发动机具有更高的热效率，燃料热充分利用。利用该技术的发动机动力比普通的高40%。2.卓越的燃油经济性，油耗量低，升功率大。3.能有效降低HC、NO和CO等有害废气污染物的排放。

四：VVT（可变气门）技术。由于发动机运转速度不同，所需要的气门叠开角不同，而通常的发动机气门都是固定的，无法控制气门的叠开角，为节省燃油，出现了VVT 技术。该技术是通过对某种特定的转速/负荷运行模式进行优化来降低油耗和有害物质的排放。该技术的运用，使得高速功率和低速扭矩有了较大的提高怠速性能更趋于优化，解决了常用的

五：EGR（废气再循环）技术。所谓废气再循环是在保证内燃机动力性不降低的前提下, 根据内燃机的温度及负荷大小将发动机排出的废气的一部份再送回进气管, 和新鲜空气或新鲜混合气混合后再次进入气缸参加燃烧, 使燃烧反应的速度减慢, 从而降低NOx 的排放量, 是控制NOx 排放的主要措施。废气中的氧含量很低, 含有大量 N2 、CO2 和水蒸气,这三种气体很稳定,不能燃烧,可吸收大量热量。当一部份排气经 EGR 控制阀还流回进气系统与新鲜空气或新鲜混合气混合后, 稀释了新鲜空气或新鲜混合气中的氧浓度, 使燃烧速度降低。这两个因素都使燃烧温度降低, 从而有效控制了燃烧过程中 NOx 的生成。

2.3我国发动机研发现状

我国发动机研发主要有三种形式：一是企业自行研发，主要是一些独立的发动机生产企业。二是委托或与国外技术公司合作研发，主要对象是自主品牌的整车企业或者发动机企业。三是引进国外先进技术，消化、吸收和改进，主要是一些合资企业。

我国车用能源消耗日益紧迫，从2000年至今，我国汽车保有量以年均10%以上的速度递增，车用燃油消费占石油消耗的比例逐年增加，2007年末达到34.12%。我国汽车发动机的质量及可靠性在最近的二十年虽然取得了较大的进步，但是发动机的节能减排技术远低于国外先进水平，平均油耗高于国外发动机10%以上。汽车发动机节能减排技术的研发也是国内汽车企业参与国际竞争、走向国际市场的需要。这些紧迫的形势在逼迫我们加快节能发动机技术的研发，但是，在这方面我们国家还存在很多的问题。一：我国汽车及发动机企业对节能汽车发动机的研发还没有形成有效的开发模式，相应的经验积累也较少。二：由于我国汽车发动机新的节能减排技术研发滞后，每到新的节能减排标准实施时，自主品牌企业不得不依靠国外技术，并因此支付过多的费用。三：对先进、前沿的节能减排技术，国内企业由于能力限制，目前只能是模仿。四：政策层面缺少行之有效的支持措施。为促进我国节能发动机的研发，国家制订了一系列的政策措施。技术方面：将节能与新能源汽车的关键技术和零部件研发列入国家科技计划，给予重点支持。建立节能与新能源汽车产业联盟，集中力量攻克关键技术，促进产业化发展建立符合中国实际的行驶工况以及特定地区、特定车型的行驶工况，促进燃料经济性水平提高。尽快制订和完善节能与新能源汽车技术标准和法规。财税方面：国家采取补贴和税费优惠政策，推动纯电动汽车、混合动力汽车等新能源汽车发展。建立以汽车燃料经济性标准为依据的财税奖罚机制。对达到国家标准的汽车产品，纳税人执行标准的纳税税率；对优于国家标准的汽车产品，按等级调减纳税税率；对低于国家标准的汽车产品，按等级提高纳税税率。建立与车辆燃料经济性挂钩的惩罚性特别目的税：对不达标的车辆给予惩罚性的税收，在交纳了相应的罚款后准予生产和进口，以及上牌和注册使用。建立这种目的税是为了在不增加国家财政支出的情况下，很好地解决节能降耗目标实现与市场需求间的一些难以协调的矛盾。

3．UG NX的技术

3.1 UG NX简介

UG是Unigraphics的缩写，这是一个交互式CAD/CAM(计算机辅助设计与计算机辅助制造)系统，它功能强大，可以轻松实现各种复杂实体及造型的建构。它在诞生之初主要基于工作站，但随着PC硬件的发展和个人用户的迅速增长，在PC上的应用取得了迅猛的增长，目前已经成为模具行业三维设计的一个主流应用。

UG的开发始于1990年7月，它是基于C语言开发实现的。UG NX是一个在二和三维空间无结构网格上使用自适应多重网格方法开发的一个灵活的数值求解偏微分

方程的软件工具。其设计思想足够灵活地支持多种离散方案。因此软件可对许多不同

一个给定过程的有效模拟需要来自于应用领域(自然科学或工程)、数学(分析和数值数学)及计算机科学的知识。然而，所有这些技术在复杂应用中的使用并不是太容易。这是因为组合所有这些方法需要巨大的复杂性及交叉学科的知识。最终软件的实现变得越来越复杂，以致于超出了一个人能够管理的范围。一些非常成功的解偏微分方程的技术，特别是自适应网格加密（adaptivemeshrefinement）和多重网格方法在过去的十年中已被数学家研究，同时随着计算机技术的巨大进展，特别是大型并行计算机的开发带来了许多新的可能。

UG的目标是用最新的数学技术，即自适应局部网格加密、多重网格和并行计算，为复杂应用问题的求解提供一个灵活的可再使用的软件基础。

3.2 UG NX的结构

一个如UG NX这样的大型软件系统通常需要有不同层次抽象的描述。UG具有三个设计层次，即结构设计(architecturaldesign)、子系统设计(subsystemdesign)和组件设计(componentdesign)。

至少在结构和子系统层次上，UG是用模块方法设计的并且信息隐藏原则被广泛地使用。所有陈述的信息被分布于各子系统之间。

3.3 UG NX的优势

来自Siemens PLM 的NX使企业能够通过新一代数字化产品开发系统实现向产品全生命周期管理转型的目标。NX 包含了企业中应用最广泛的集成应用套件，用于产品设计、工程和制造全范围的开发过程。

3.4 NC加工

UG NX加工基础模块提供联接UG所有加工模块的基础框架，它为UG NX所有加工模块提供一个相同的、界面友好的图形化窗口环境，用户可以在图形方式下观测刀具沿轨迹运动的情况并可对其进行图形化修改：如对刀具轨迹进行延伸、缩短或修改等。该模块同时提供通用的点位加工编程功能，可用于钻孔、攻丝和镗孔等加工编程。该模块交互界面可按用户需求进行灵活的用户化修改和剪裁，并可定义标准化刀具库、加工工艺参数样板库使初加工、半精加工、精加工等操作常用参数标准化，以减少使用培训时间并优化加工工艺。UG软件所有模块都可在实体模型上直接生成加工程序，并保持与实体模型全相关。

UG NX的加工后置处理模块使用户可方便地建立自己的加工后置处理程序，该模块适用于目前世界上几乎所有主流NC机床和加工中心，该模块在多年的应用实践中已被证明适用于2～5轴或更多轴的铣削加工、2～4轴的车削加工和电火花线切割。

3.5 UG在我国研究应用的发展趋势

UG提供了一个基于过程的产品设计环境，使产品开发从设计到加工真正实现了数据的无缝集成，从而优化了企业的产品设计与制造。UC面向过程驱动的技术是虚拟产品开发的关键技术，在面向过程驱动技术的环境中，用户的全部产品以及精确的数据模型能够在产品开发全过程的各个环节保持相关。从而有效地实现了并行工程。UC既是产品设计工具，也是机械设计知识的载体，有很多理论和应用问题有待作深入研究。UG研究中，从引用频次较高的研究论文万方数据题名来看．UG在我国研究和应用的发展趋势并不明显，但可以看出，在近一段时间内。UG面向特定行业、企

在成为研究的热点问题。

4.节能赛车的制作过程

赛车的制作主要过程有总体设计,集中设计,方案论证,制作车架, 开发车身模具,制作车身,整车匹配,调试赛车,改进测试等项目。

赛车的总体设计

赛车的总体设计过程其实就是一个外型设计的过程，先把赛车的大概尺寸在设计草图中表现出来，还有车辆的大概外型是否美观等等。

赛车的总体布置

发动机的位置

前后位置：又以往经验发动机采用后置后轮驱动的形式。

左右位置：集中设计主要包括车架的设计，转向机构的设计，传动机构的设计等

设计成的车身

分析主要包括车架主应力分析，视角分析，车身风阻系数分析等。

车架的

设计

车架结构变形分析

转向系统的设计：转向系是用来保持或者改变汽车行驶方向的机构，在汽车转向行驶时，保证各转向轮之间有协调的转角关系。

对转向系统的要求：汽车转向行驶时，全部车轮应绕瞬时转向中心旋转，任何车轮不应有侧滑。不满足这项要求会加速轮胎的磨损，并降低汽车的行驶稳定性。

汽车转向行驶后，在，驾驶员松开转向盘的条件下，转向轮能自动返回到直线行驶的位置，并稳定行驶。

汽车在任何行驶状态下，转向轮不得产生自震，转向盘没有摆动。

进行运动校核，保证转向轮与转向盘转动方向一致。

转向梯形：由于没有采用悬架系统所以采用整体式后置转向梯形。

整体式转向梯形机构的优化设计

由于影响轮胎侧偏角的因素很多，且难以精确确定，所以我们分析时忽略侧偏角的影响。在这样的假设条件下两轴汽车两转向轮轴线的延长线应交在后轴延长线上，如图所示。

车架的制作，由于加工精度的问题，要随时准备现场改变设计方案

整个赛车的设计制作过程中，最重要的是要保证转向系统的精度

阿卡曼式转向机构设计图，转向系参数的设计对车辆的转弯侧

滑影响很大.所以在设计的时候采用了可调节前束和车轮外倾角。

在试车过程中可以随时对车辆的转向系参数进行调整。达到最小

的转向侧滑量。

作为节能赛车，传动系统的优化设计也是一个很重要的影响因素，通过MATLAB 编程分析确定末级传动比，总传动比，以达到动力和经济性的平衡。至于轮胎，采用的是20英寸自行车的低阻轮胎，不过要注意的是，自行车的轮胎在设计的时候并没有

同时，自行车的桶轴也将轴承换成深沟球轴承，追求最小的滑行阻力。

5.摩托车化油器原理

摩托车化油器看起来非常复杂，但是只要掌握一些原理，你就能把你的摩托车调整到最佳状态。所有的化油器都是在大气压力的基本原理下工作的。大气压是一种对万事万物施加压力的强大力量。它会有细微变化，但是通常情况下每平方英寸有十五磅压力（PSI）。这意味这大气压对任何事物的压力都是每平方英寸十五磅压力。通过改变引擎和化油器内的大气压，我们能够改变压力并使燃料和空气通过化油器流动。

大气压力会从高压扩散到低压。当二冲程引擎的活塞处于上止点（或四冲程引擎的活塞处于下止点）时，在曲轴箱里的活塞下面（四冲程引擎的活塞上面）会形成一个低压。同时这个低压也会引起化油器里的低压。因为在引擎和化油器外面的压力比较高，空气将会冲进化油器并且进入引擎直到压力被均衡。通过化油器流动的空气将会带动燃料，燃料将会与空气混合。

在化油器里面是一段喉管，喉管是在化油器里面迫使空气加速通过的收缩部分。突然变窄的河流能被用来举例说明发生进化油器里面的情形。河水在靠近变窄的河岸时会加快速度，如果河岸连续变窄的话将会更快。相同的事情发生在化油器里面。加速流动的空气将会引起化油器里面的大气压力降低。空气流动速度越快，化油器里面的压力越低。藉由在喉管里面放置管子，我们能利用低压将燃料混入气流。

大多数的摩托车化油器通道被风门位置而不是引擎转速控制。大多数摩托车化油器里面有五个主要调节系统。这些调节系统互相影响，它们是:

?怠速通道

?怠速量孔

?主喷嘴和油针

?主量孔

?阻风门通道

空气螺丝可以被定位于化油器的背面或者前面。如果空气螺丝位于背面，它是用来调节多少空气进入节流阀系统的。如果空气螺丝被旋入，它减少空气量并加浓混合气。如果它被旋出，将打开更多通道并允许较多的空气进入通道导致混合气变稀。如果空气螺丝位于前面，它是调节燃料的供给。如果它被旋入混合气将会变稀，如果它被旋出混合气则变浓。如果为了获得最佳怠速和性能不得不将空气螺丝旋转两圈以上，则必须更换更小或更大尺寸的怠速量孔。

怠速量孔是在油门开度低时供给大部份燃料的部件。它里面有一个用来限制燃料流动的小孔。怠速空气螺丝和怠速量孔都影响从怠速到1/4左右油门开度的汽化作用。

柱塞在1/8到1/2油门开度之间影响汽化作用。它尤其在1/8到1/4（油门开度）之间影响（汽化作用），在1/4到1/2（油门开度）之间影响较小。柱塞具有不同尺寸规格，而且规格是由它的后背部切口的大小决定的。切口愈大，混合气会比较稀（因为较多的空气被允许通过），切口愈小混合气将比较浓。柱塞上有数字用以说明切口是多少。如果在柱塞上有个数字3，说明它有3毫米的切口，当那个数字是1的时候说明有1毫米的切口（混合气将会比数字为3的浓）。

油针和主喷嘴影响从1/4到3/4油门开度的汽化作用。油针是一根控制多少燃料可以被吸入化油器喉管的长锥形杆。锥形愈细，混合气愈浓。锥形愈粗，由于较粗的锥形不会象较细的锥形那样允许较多的燃料进入化油器，所以混合气愈稀。锥形被设计得非常精密，用来在不同的油门开度给不同的混合气。油针的顶部开有若干凹槽。一个卡箍装在这些凹槽之一上面，用来防止它从柱塞上掉落或者位移。卡箍的位置能被改变，使引擎运行在更浓或稀（的

如果引擎需要较稀的混合气，卡箍应该被移到较高位置。这将会使油针更深地进入主喷嘴并导致较少的燃料通过它流动。如果卡箍被降低，油针被提起，混合气将会较浓。

主喷嘴是油针滑动进出的地方。仰赖主喷嘴的内部直径，它将会影响油针。主喷嘴和油针一起作工控制在3/4到1/8（油门开度）范围之间的燃料流。在此范围间的大部份调节是对油针进行，而不是主喷嘴进行的。

主量孔控制从3/4油门开度到油门全开之间的燃料流，一旦油门开度达到一定程度，油针被从主喷嘴中拉出足够高度，此时主量孔开始调节燃料流量。主量孔具有不同尺寸，较大的孔能使较多燃料通过（混合气较浓）主量孔上数字较高的会比数字较小的孔具有较浓的空气/燃料混合物。

6.影响发动机油耗的因素

6.1行驶阻力

要制作出赛车，需要首先整理一下与车辆性能相关的基本知识。在这里，我们将以学校和实际驾驶中学到的知识、技能和体验为基础，就本田Econopower比赛车辆的制造原理，基本构造等作一下简单的整理。

对自行车或汽车进行刹车时，车辆将减速停止。这是因为在与车辆前进方向相反的方向产生了阻力＜制动力＞的作用。

另外，即使不进行刹车，行驶中的车辆如果没有前进力＜驱动力＞的作用，也会慢慢降速。这种作用于行驶车辆的力称为“行驶阻力”。

行驶时的阻力，在平坦道路的情况下分为以下3种。

1) 滚动阻力

2) 空气阻力

3) 加速阻力

另外，当道路有左右倾斜坡度时，车辆容易向倾斜的方向滑动，轮胎会产生将车辆拉回原处的力。这种阻力称为过弯阻力，这也会增加行驶阻力，但在水平、平坦道路上行驶时，存在以上3种阻力。

6.2滚动阻力

经济节能大赛车辆的车轮使用轻巧易于装卸的自行车轮胎。轮胎在路面上滚动时产生的阻力称为“滚动阻力”。

如果是泄了气的轮胎，踩自行车脚踏板必须非常用力，观察此时的轮胎，可以发现轮胎被压扁，轮胎的接地面积增大。

在这种情况下，轮胎会反复大变形，在滚动过程中轮胎、内胎会产生摩擦，造成能量损失，从而增大阻力。图1是在轮胎表面（胎面）上涂墨，改变气压后按在纸上时的接地面积形状。

轮胎滚动时，与路面之间产生滑动，这种轮胎滑动运动会增加滚动阻力。另外，车轮与车轴轴承之间的阻力、车轮旋转轮辐迎风产生的阻力，广义上都属于轮胎滚动阻力。

轮胎滚动阻力值公开发表的数据较少，在这里引用近藤政市撰写的“二轮车力学”中的内容，与物理学中的静止摩擦、滑动摩擦一样，滚动阻力是与轮胎接地压力成一定比例。因此，使用滚动阻力系数μr后，即为计算公式（1）所示。

公式（1）Rr ＝μr 3 N

（滚动阻力）（滚动阻力系数）（接地压力）

损轮胎的胎面胶较薄，阻力也小。最近市售的轮胎，改变了胎面胶的配方（复合物），阻力减小。

速度增加滚动阻力也会增大，这是一般倾向，但当速度小于50km/h 时，阻力会维持在一定的数值。

经济节能大赛车辆的滚动阻力系数若气压高的话，可计算为0.01左右。若车辆的重量为45kg ，车手的重要为55kg ，，那么总重量（M ）为100kg ，若重力加速度为g ＝9.81m/s 2

，那么阻力计算如下。

＜计算例1＞

Rr ＝μr 2Mg ＝0.01310039.81

＝9.81N （单位2牛顿）

6.3空气阻力

前面已了解由于车身重量较轻，经济节能大赛车辆行驶时的滚动阻力只有9.81N （1kgf ）。根据经济节能大赛的规则，比赛时的平均速度必须在25km/h 以上。

考虑到实际参加比赛行驶时，发车时要加速、速度过快时要停止发动机进行滑行、而速度下降时又要启动发动机进行加速，这种操作需要循环重复进行。因此，若再受到车辆的构造、形状的影响，有些车在行驶时的最高速度可能会超过50km/h 。

以这一速度行驶时，当然就会迎风前进，由此空气会产生阻力。这种“空气阻力”，受到风压作用，如图4所示在阻断了空气流通的板的后面形成漩涡，就产生了将板拉向其流动方向的阻力即压力阻力。

另外，像车辆这种细长形的物体，车辆表面有空气流动，与车身之间会产生摩擦阻力。这种摩擦阻力对车辆来说不太大，主要是压力阻力。

空气阻力与秒速所表示速度（V）的平方、空气密度（ρa）、汽车最大截面积（正面投影面积A）成正比。另外，从车辆的形状来看，带导流罩的流线型车身和车手身体、部件突出凹凸不平的形状相比，即使速度相同阻力也不同。

）表示。该系数如图5所示，影响该值的因素概况如下。

车身形状的差异以阻力系数（C

D

1) 抬高离地间隙，阻力系数下降。

2) 将前窗向后倾斜，系数会降低，但到达一定程度即无效。

3) 后窗倾斜在30°左右时阻力系数最大，超过50°或不到20°时阻力一定。

4) 地板面的凹凸会增大阻力。

减少行驶阻力对经济节能大赛车辆是绝对条件。其中，减少占据其较大比例的空气阻力非常重要，这一点在设计时需作充分考虑。

在这里有一个具体的问题，就是经济节能大赛车辆是否绝对需要整流罩。答案是整流罩是行之有效的方法之一，但首次参加比赛时，制作全覆盖导流罩比较困难，采用部分整流罩

的方式比较明智。

此时，车辆后部装上流线型的整流罩，用车手的车体代替部分整流罩，这种设计布局可以取得很好的效果。

进行计算时使用列公式，测量各个系数后进行推算。

另外，这里使用的速度为秒速，与一般使用的时速关系为，时速除以3.6后的值为秒速。计算时请注意这一点。

＜计算例＞

空气阻力＝(阻力系数)3(1/2)3(空气密度)

3(正面投影面积)3(速度)2

Ra ＝C D 3(1/2)3ρa 3A 3V2 式（2） 这里ρa ＝1.225Kg/m 3

（15℃）

＜计算例＞

下面作为具体事例，表1分别显示了轿车、摩托车、经济节能大赛车辆有无整流罩时的数值。

40km/h时的空气阻力却不小。如果经济节能大赛车辆没有整流罩，车手的身体和零部件暴露在外面，那么即使正面投影面积（A）再小，CD也不会变小，空气阻力为滚动阻力的1.11倍，如果速度再提高，倍数会更大。

与此相对，有整流罩、调校完备的经济节能大赛车辆，不管正面投影面积有多大，阻力

也会非常小，此时空气阻力降低为无整流罩时的45％，是滚动阻力值的一半。

系数C

D

上面的计算是就一个例子进行的，很明显不管有无整流罩，空气阻力都是很大的阻力。

表1中所示的2种车辆在实际赛道上行驶时会发生怎样的变化呢？时速加速到40km/h，然后挂空档行驶时，也就是滑行前进时的时间、车速、行驶距离之间的关系如表2所示。开始滑行50秒后，有整流罩的车辆速度变为17.7km/h，其间行驶的距离为393m。而没有整

6.4加速阻力

骑自行车以一定的速度行驶时，只要很小的力踩脚踏板就行了，但如果想要加快速度，就必须用力地踩脚踏板。

此时就如同跑上坡路一样脚踏板变得很重。突然急加速或者车辆重量很重时，加速所需的驱动力也必须很大。在驱动力作用的同时，会产生与驱动力同样大小，使车辆重心向后的反方向作用力。这种表观力就是惯性力，即这里所说的加速阻力。

如表2所示，滑行时50秒内的速度由40km/h 下降到17.7km/h ，那么让我们来研究一下若要将这一速度在某一时间段内加速到原来的40km/h ，其加速度（α m/s 2

） 的大小为多少。 这里 V ：加速后的速度 m/s

V 0 ：开始加速时的速度 m/s T ：加速时间 s

Α ：（平均）加速度 m/s

那么，它们的关系如下

V ＝V 0＋αt α＝（V －V 0

）÷t 式（3） 这里将下面的条件

V ＝40km/h ＝40/3.6＝11.1m/s

V 0

＝17.7km/h ＝4.9m/s 代入式（3），更改加速时间后计算得出的加速度如表3所示。

＜计算例＞

10秒钟内时速从17.7km/h 加速到40km/h 的情况下，其加速度为0.62m/s 。由于重力加速度g 为

9.81m/s ，0.62m/s 的加速度为0.63g 。

一般MT （手动2变速器）轿车的情况下，其用最高速档最大加速时的加速度为0.1g 左右，

若加速时行驶的距离为S（m），那么

S＝V

0t＋（1/2）αt

2

式（4）

10秒钟加速期间内行驶的距离为80m。

这样，车辆加速时的加速阻力为车辆的总重量乘以加速度后的值。但由于加速时车辆的重量会产生阻力，而且车轮和发动机本身的旋转也加速，因此，整体的重量应当为车辆重量加上旋转相当重量。

这一旋转相当重量，如果是26英寸自行车用车轮和轮胎，大约为2kg，若是3轮车，则是其3倍。因此，可使用先前计算的10秒钟内加速时的加速度值计算总重量为100kg的经济节能大赛车辆的加速阻力。

加速阻力Rd＝(M＋m)α＝(100＋6)30.62

＝65.7N 式（5）

总阻力R为这些阻力之和。

R＝Rr＋Ra＋Rd

＝9.8 ＋4.9 ＋65.7

＝80.4N 式（6）

↑↑↑

滚动阻力空气阻力加速阻力

12% 6% 82%

如上所见，有整流罩时，加速阻力占了总阻力的大部分。并且，发动机必须输出与总阻力相等的驱动力。

要减少加速阻力，必须减小加速度即要缓慢加速，启动发动机延长加速时间。与此相对，如果减轻重量即制作轻量化的车辆，滚动阻力也可减少，可谓一举两得。因此，制作经济节能大赛车辆时，如何减轻重量是关键，不仅是赛车，车手的体重也是重要的因素。

7.本田125发动机结构及改装

大赛提供五羊本田125cc发动机图及内部结构图

7.1 发动机机体组

发动机机体组主要由气缸盖、气缸体、曲轴箱、油底壳和汽缸垫组成的，是发动机各机构、各系统的装配基体，也是发动机最主要的部分，其他部分分别是配气机构、供油系统、活塞连杆杆机构、启动系统、冷却系统和润滑系统。

7.1.2 机体组改装操作

7.1.2.1气缸改造

（1）对汽缸盖上汽缸接触面进行面磨削及研磨，同时，通过使用薄汽缸垫能提高压缩比。

（2）优化进气岐管的长度，提高惯性吸气充填效果。

（3）将排气管直管化并调节其长度，提高惯性排气量。

（4）通过研磨吸气、排气口内部，减低供气排气摩擦阻力。

（5）由于发动机的驱动时间较少，为保温可去掉冷却风扇，这样也可减轻重量。

（6）使用填隙料密封吸气部分的各个接合部提高气密性。

7.1.2.2曲轴箱改造

变速系统是为了获得不同转速下的不同车速和扭矩。同时将曲轴连杆活塞的上下往复运动转换成曲轴的旋转运动。离合器是位于变速系统与传动系统之间，起一个柔和地传递动力（切断动力）的作用的装置。变速器就是根据这一原理来设计的：小齿轮（或小带轮）为主动轮传动大齿轮（或大带轮），则转速降低扭矩增加；大齿轮（或大带轮）为主动轮传动小齿轮（或小带轮），则转速增高扭矩降低。当发动机转速增高时，3个蹄块产生离心力，当离心力超过拉簧的预拉力并达到一定数值时（发动机转速增高至2200转以上时），蹄块与外沿的摩托盘贴合，产生磨擦力，进而构成一个力矩传递到变速箱主轴。当发动机转速下降（至1500转时），蹄块所产生的离心力不足以克服拉簧拉力，就不能与磨擦盘贴合，离合器就处于分离状态，此时传递到后轮的动力被切断。在变速和传动系统部分，动力的传递路线是：曲轴--->皮带轮无级变速---（1次变速传动）---->离合器----->末级齿轮组件---（2次减速传动）--->后轮轮毂。

为了减轻发动机的自身重量，我们可以去掉2档和4档的变速齿轮，只保留起步档和3档来保证车的正常运转。

7.2发动机配气机构

7.2.1发动机配气机构的组成、功能及工作形式

配气机构组成：由气门组和气门传动组组成。

配气机构功能：配气机构是进、排气管道的控制机构，它要按照发动机的做功次序和每一缸的工作循环的要求，适时地开闭进、排气门，向气缸供给可燃混合气并及时排出废气。燃烧是内燃机工作的核心，最佳状态的燃烧必须要满足以下两个条件：合适的地点、合适的时间。因此只有当油正时、火正时通俗些说就是进气、排气动作与火花塞点火的时间两者都最佳的时候，才能使进入汽缸的汽油最大限度的燃烧。配气机构的作用就是完成控制气门在合适的时间打开和关闭。

配气机构形式：按不同的气门布置方式可分将配气机构分成侧置式和气门顶置式。大多数汽车发动机采用的是顶置气门式配气机构。主要由挺柱、推杆、摇臂、凸轮、气门和气门弹簧等零件组成。

顶置式配气机构按凸轮轴的布置形式又分成凸轮轴下置式、凸轮轴中置式、凸轮轴上置式；按曲轴和凸轮轴的传动方式能分为齿轮传动式、链条传动式和齿形带式。按照每个气缸的气门数目可以分成两气门式和四气门式两种。

7.2.2气门的改造

配气相位：配气相位就是用环形图表示曲轴转角表示的进、排气门的开启时刻和开启延