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止痛 LRPTEC GK5碳纤维进气歧管研发流程

来源:无敌汽车网 文/图:LRPTEC 图:LRPTEC 鸣谢:LRPTEC 审:R.P

2018-08-29

[导读] 当前世代飞度GK5,2014年在国内上市,生命周期已过一半,但其热度丝毫不减。凭借L15B引擎原厂131马力,以及原厂一吨出头的车重,飞度GK5在运动型小型车领域傲视群雄。原厂引擎刷写ECU,提升转速并优化喷油点火,升功率破百不在话下,所以飞度GK5一直是“工薪阶层”下赛道的不二之选。

开发背景

当前世代飞度GK5,2014年在国内上市,生命周期已过一半,但其热度丝毫不减。凭借L15B引擎原厂131马力,以及原厂一吨出头的车重,飞度GK5在运动型小型车领域傲视群雄。原厂引擎刷写ECU,提升转速并优化喷油点火,升功率破百不在话下,所以飞度GK5一直是“工薪阶层”下赛道的不二之选。

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引擎的动力,归根到底来自于空气和燃油。有效提升引擎进气量,动力的提升自然立竿见影。对于飞度GK5的进气改装产品,可以说是琳琅满目,但基本还是限于节气门上游的进气风箱产品。然而,从一个完整的进气系统来考虑,提升了进气风箱的流量之后,节气门之后的进气歧管,成了进气系统提升的“短板”。需知原厂进气歧管要考虑方方面面,既要考虑保证发动机一定的动力水平,又要保证合适的油耗表现,更要满足一定NVH要求。因此,GK5的原厂进气歧管,成为提升L15B引擎动力的一个大“痛点”。

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图:固然市面也有飞度GK5的进气歧管产品,只是再怎么看都是在原厂进气歧管上喷漆而来的“心情件”,并无提升动力之效。

环顾国内,甚至放眼全球,对于L15B自然吸气发动机的改装进气歧管,这个市场还是处于一片空白。有鉴于对于节气门后的进气歧管部件使用环境是极其严苛,要求极高,必须有严谨的科学论证才可完成的工作,绝不是纯粹的装饰件,也不是靠主观幻想就可以完成的产品。所以对于这部份的产品,令不少有名的改装部件厂家望而却步。所以LRPTEC决定选择飞度GK5的进气歧管作为品牌“处女作”。

原厂分析

我们先看看原厂的设计,对我们有哪些启发。

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GK5进气歧管的入口有着导流片的设计,同时进气歧管入口的形状不是一个规整的圆形。这样的设计是用来整理气流,以降低进气噪声。我们的新设计将重点提升发动机的动力,而进气噪声不予考虑,因此上述设计将不会保留。

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图:导流片92能梳理气流,降低进气噪音。

从进气歧管的正面观察,流经节气门的空气,经过一条比较长的连接管,从中间的位置流入稳压腔。如此一来,即便节气门布置在进气歧管的侧边,也能保证稳压腔的所谓“center feed”设计,最有效地保证了四个歧管的进气均匀性。只是从进气歧管的背面来观察,可以发现上述连接管占用了一定的空间,而这些空间未来可以用来提升稳压腔容积,以进一步提升引擎动力。

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说到空间,大家都知道本田的“MM”概念,而在GK5的进气歧管上,本田也做到物尽其用。在上述连接管的右侧空间,本田设计了一套谐振系统。该谐振系统的谐振腔,通过一条谐振管,与稳压腔连接。该设计能在一定的发动机转速(基本是低转速),强化进气歧管的波动效应,从而提升发动机的扭矩。同样,该设计更多的是适应街道需求,而从赛道用途的角度考虑,这个设计需要舍弃以换来更大的稳压腔容积。

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图:谐振腔52,通过谐振管53,与稳压腔51连接。

四条歧管连接着稳压腔和发动机缸盖,并且四条歧管都不同程度地向左侧倾斜。推测这样的设计是为了避让正时链罩上的机油加注口,保证维护方便;同时也保证在有限的空间内,连接管的出口可以布置在稳压腔的中间,满足“center feed”要求。只是如果我们的新设计的歧管用碳纤维制造,这样诡异的倾斜设计,显然对成本是不利的。

在上述的分析中,我们已经或多或少地提及了新设计的推进方向。经过LRPTEC内部的多次讨论确认,我们确认了一些新设计的目标要求,包括但不限于:

●提升至少10匹马力,如果提升的动力太少,产品没有竞争力;

●保证所有原厂进气歧管、传感器、管路的安装位置不变,方便安装;

●保证不和进气歧管的周边部品干涉,保证安装的时候不需要修改周边部品。

就以上三点要求,LRPTEC工程师的内心都是崩溃的。

设计边界条件

如同上述提及的新设计目标要求,进气歧管上的很多位置都需要保留原有的设计,因此将原厂进气歧管的外形,准确地导入到CAD模型中,显得尤为重要。LRPTEC直接采用先进的工业级3D扫描测量技术,将原厂进气歧管的外形数据化并导入相应软件处理后,获得极为准确的原厂进气歧管模型,并所有边界所需设计边界的距离反映至CAD模型中。

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对于自然吸气引擎而言,进气歧管的波动效应,是提升动力的不二法宝。原厂的进气歧管也是利用了波动效应,来提升发动机中低转速的动力,满足一定的动力、经济性要求。我们的新设计将着眼于提升比赛时常用转速区间的动力,已经过超过原厂设计的范畴。

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图:NA引擎利用进气歧管的波动效应提升动力的案例,早已比比皆是;单纯缩短加粗歧管,降低阻力却忽视波动效应,只能适得其反。

通过修改进气歧管的各项参数,如歧管长度、歧管直径、稳压腔容积等,可以调整波动效应的对应转速,从而提升动力。但是这些参数修改哪些、怎么修改,如果没有马力机的数据来参考,则是无据可依。

为此,LRPTEC借助本田、保时捷等厂家都在使用的发动机一维仿真软件,建立一台逼真的模拟引擎,来推进进气歧管各项参数的设计。具体而言,我们首先基于原厂发动机的数据(缸径冲程压缩比等),以及原厂进气歧管的各项参数,结合原厂飞度GK5在马力机上得到的实际动力曲线,建立一个准确的发动机模型。这个发动机模型的输出动力曲线,要和实际的动力曲线基本一致。之后我们将基于这个模型,去调整进气歧管的各项参数,务求能达到我们的目标动力提升水平。

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