Полое днище легкового автомобиля

Изобретение относится к транспортному машиностроению, а именно к компоновке кузова легкового автомобиля, улучшающей его аэродинамику и комфортабельность. Полое днище легкового автомобиля содержит две горизонтально ориентированные панели, между которыми размещены узлы и агрегаты движителя, включая элементы питания двигателя и системы охлаждения, и которые снабжены внутренними продольными перегородками с образованием изолированных каналов с возможностью их сообщения друг с другом, кузовом и окружающей средой посредством заслонок. При этом центральный канал днища может быть выполнен сквозным и связанным с системой выпуска отработанных газов двигателя, а полости наружных каналов и образующиеся между ними и центральным каналом полости могут быть соответственно использованы для размещения энергетических источников, например аккумуляторных батарей и/или топливных элементов или баков, и связаны с системами охлаждения, отопления и вентиляции. В центральном канале могут быть размещены элементы каталитических нейтрализаторов отработанных газов, а в его центральной части может быть выполнена цилиндрическая полость для размещения карданного вала. Кроме этого каналы могут быть выполнены профилированными по длине с образованием конфузора на входе и диффузора на выходе днища, кромки выходных сопел каналов могут быть срезаны снизу под углом к выходящим потокам, а хотя бы часть каналов выполнена сообщающимися друг с другом с образованием эжекторов. Также каналы системы охлаждения, отопления и вентиляции могут быть связаны с размещенным наклонно перед лобовым стеклом кузова радиатором фигурно изогнутым воздуховодом с образованием объемно-пространственной конструкции, а само днище может быть выполнено несущим в виде силовой пространственной полой балки с возможностью прохождения через ее внутренние полости газовых потоков. Технический результат - повышение комфортабельности и безопасности легкового автомобиля при малом аэродинамическом сопротивлении. 12 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Заявляемое техническое решение относится к транспортному машиностроению, а именно к компоновке кузова легкового автомобиля, улучшающей его аэродинамику и комфортабельность.

Кузова легковых автомобилей кроме хорошей аэродинамики и комфорта должны обеспечивать постоянно повышающийся уровень пассивной безопасности при приемлемых технологических затратах. Современные конструкции легковых автомобилей в основном базируются на применении несущих кузовов, в которых существенную роль играет днище или так называемая платформа [1].

Для повышения пассивной безопасности городского легкового автомобиля, имеющего серьезные ограничения по габаритным размерам, днище кузова выполняют двойным, при этом агрегаты силовой установки частично скрыты под полом кузова - между его "слоями" (например, "Mercedes-Benz - A-Class") [2]. Кроме этого пространство под полом кузова используется для размещения дополнительных вместилищ для различных предметов и багажа, например перед сиденьями задних пассажиров ("Citroen-Xsara Picasso" и "Renault-Megane Scenic") [3]. Такое решение обеспечивает при фронтальном ударе "уход" силового агрегата под пол днища кузова, не травмируя водителя и пассажиров, однако осложняет доступ для технического обслуживания и ремонта.

Известно также техническое решение так называемого профилированного днища спортивно-гоночного автомобиля, кузов которого выполнен из углепластиковых панелей, имеющих сотовую структуру [4]. При этом форма кузова такова, что пространство под днищем автомобиля и образующиеся полости внутри кузова используются для оптимизации набегающего потока воздуха с целью создания дополнительной прижимной силы и использования для надежной и эффективной работы систем автомобиля, в частности для этого используют боковые понтоны для размещения радиаторов охлаждения. Такое решение эффективно, но не подходит для реализации в конструкции обычного дорожного автомобиля, в частности по причине затрудненной посадки-высадки в автомобиль.

Наиболее близким техническим решением является конструкция автономного шасси легкового автомобиля "GM-Autonomy", работающего на топливных элементах [5]. Шасси представляет собой плоскую панель толщиной 15 см с передней и задней сминаемыми зонами безопасности, внутри которой размещены различные узлы и агрегаты, в частности в боковых частях расположены топливные батареи и радиатор системы охлаждения. Кузов устанавливается на шасси сверху. Данное решение выбрано в качестве прототипа.

Цель технического решения - повышение комфортабельности и безопасности легкового автомобиля при малом аэродинамическом сопротивлении.

Поставленная цель достигается тем, что в известной конструкции полого днища легкового автомобиля с размещенными внутри него узлами и агрегатами его панели снабжены внутренними продольными перегородками с образованием изолированных каналов с возможностью их сообщения друг с другом, кузовом и окружающей средой, например посредством заслонок, при этом часть каналов выполнена сквозными. При этом центральный канал днища может быть выполнен сквозным и связанным с системой выпуска отработанных газов двигателя, а полости наружных каналов и образующиеся между ними и центральным каналом полости могут быть соответственно использованы для размещения энергетических источников, например аккумуляторных батарей и/или топливных баков, и связаны с системами охлаждения, отопления и вентиляции. В центральном канале могут быть размещены элементы каталитических нейтрализаторов отработанных газов, а в его центральной части может быть выполнена цилиндрическая полость для размещения карданного вала.

В периферийных каналах могут быть размещены теплообменники системы охлаждения, отопления и вентиляции в виде трубопроводов с продольными, закрученными по спирали, а наружные стенки периферийных каналов могут быть также снабжены ребрами жесткости.

Кроме этого каналы могут быть выполнены профилированными по длине с образованием конфузора на входе и диффузора на выходе днища, кромки выходных сопел каналов могут быть срезаны снизу под углом к выходящим потокам, а хотя бы часть каналов выполнена сообщающимися друг с другом с образованием эжекторов.

Также каналы системы охлаждения, отопления и вентиляции могут быть связаны с размещенным наклонно перед лобовым стеклом кузова радиатором фигурно изогнутым воздуховодом с образованием объемно-пространственной конструкции, а само днище может быть выполнено несущим в виде силовой пространственной полой балки с возможностью прохождения через ее внутренние полости газовых потоков

Предлагаемое техническое решение иллюстрируется следующими графическими материалами: на фиг.1 показана компоновка кузова легкового автомобиля с полым днищем (вид сбоку); на фиг.2 - то же, вид сверху; на фиг.3 - сечение А-А фиг.1 (поперечное сечение днища); на фиг.4 - то же, вариант исполнения.

Компоновка кузова 1 легкового автомобиля с полым днищем включает в себя две горизонтально ориентированные панели - верхнюю 2 и нижнюю 3, которые связаны между собой внутренними продольными перегородками 4 с образованием изолированных каналов 5, 6 и 7. Центральный канал 5 выполнен сквозным для поступления набегающего воздушного потока и связанным с системой выпуска 8 отработанных газов двигателя 9. В нем могут быть размещены элементы (шашки) 10 каталитического нейтрализатора (фиг.3 и 4), при этом его центральная часть может быть использована для размещения карданного вала (в случае полноприводной механической трансмиссии). Периферийные каналы 6 и 7 могут быть использованы в различных сочетаниях. Так, прилежащие к центральному каналу 5 каналы 6 могут быть связаны через заслонки с радиатором 11 системы охлаждения и наружным набегающим потоком воздуха, для чего могут иметь сложную объемно-криволинейную форму (фиг.1) с образованием на входе конфузора 12, а на выходе - диффузора 13 для снижения аэродинамического сопротивления. Это обусловлено также необходимостью размещения радиатора 11 в зоне наибольшего воздушного давления, в данном случае перед лобовым стеклом 14 кузова. Кроме этого для оптимизации потоков газов используется эжекционный эффект, для чего каналы имеют соответствующую конфигурацию на выходе и в местах сообщения друг с другом, например срезанную кромку выходного сопла 15 или камеру смешения системы выпуска выхлопных газов ДВС 8 на входе в центральный канал 5 с образованием эжектора 16 (фиг.1).

Исходя из значительной протяженности каналов 6, их можно использовать для размещения теплообменников 17 (взамен радиатора 11) в виде трубопроводов с продольным спиралевидным оребрением (фиг.4). Каналы, связанные с системой вентиляции и охлаждения ДВС (6 или 7), имеют возможность сообщения с внутренним пространством кузова посредством регулируемых заслонок 18 для подачи в нужные зоны салона воздуха требуемой температуры для вентиляции и отопления. Периферийные каналы также могут быть использованы для размещения узлов и агрегатов движителя, таких как топливный бак 19 (фиг.3), аккумуляторные батареи 20 (фиг.4) и т.п. Их наружные стенки при этом могут быть снабжены ребрами жесткости 21 для повышения пассивной безопасности.

При движении легкового автомобиля набегающий поток входит внутрь кузова 1 в зонах наибольшего воздушного давления - во входные отверстие центрального сквозного канала 5 (фиг.2) и систему охлаждения и вентиляции перед лобовым стеклом 14. В канале 5 кинетическая энергия набегающего потока используется для отвода выхлопных газов из системы выпуска 8 двигателя 9 путем их смешения в эжекторе 16 и последующего прохождения их через каталитические нейтрализаторы 10 (фиг.3 и 4). Другой поток, проходя частично через радиатор 11, отбирает тепло от двигателя, смешиваясь с наружным потоком, доводится до нужной температуры и попадает в периферийные каналы 6 или 7, откуда он через регулируемые заслонки 18 попадает в салон для вентиляции и обогрева. При использовании вместо радиатора 11 (или в дополнение к нему) в периферийных каналах 6 или 7 теплообменника 17 тепло может подводиться непосредственно к потребителю (например, задним пассажирам), а поток, проходя по продольным спиралевидным ребрам, турбулизируется и более эффективно отводит тепло. Далее потоки выпускаются из кузова 1, проходя через профилированные сопла каналов 5, 6 и 7, в частности через диффузор 13 и скошенную кромку 15, что снижает аэродинамические и тепловые потери.

Таким образом, предлагаемая компоновка легкового автомобиля позволяет оптимизировать проходящие сквозь кузов автомобиля воздушные потоки, снизить их сопротивление, повысить эффективность охлаждения двигателя и обогрева и вентиляции салона, а также обеспечить жесткость и прочность кузова, используя каналы систем охлаждения и выхлопа в качестве пространственной несущей конструкции.

Источники информации

1. Кац А.М. Автомобильные кузова. - М.: Транспорт, 1980, с.4-5, рис.2.

2. Журнал "За рулем", 1999, №2, с.51.

3. Газета "Авто-ревю", 2000 г., №9, с.23.

4. Журнал "За рулем", 1981, №4, с.11 и 2-3 стр. вкладки.

5. Газета "Авто-ревю", 2002 г., №2, с.17.

1. Полое днище легкового автомобиля, содержащее две горизонтально ориентированные панели, между которыми размещены узлы и агрегаты движителя, включая элементы питания двигателя и системы охлаждения, отличающееся тем, что панели днища снабжены внутренними продольными перегородками с образованием изолированных каналов с возможностью их сообщения друг с другом, кузовом и окружающей средой, например посредством заслонок, при этом часть каналов выполнена сквозными.

2. Днище легкового автомобиля по п.1, отличающееся тем, что центральный канал днища выполнен сквозным и связанным с системой выпуска отработанных газов двигателя, полости наружных каналов использованы для размещения энергетических источников, например топливных баков, топливных элементов и/или аккумуляторных батарей, а каналы между боковыми и центральным каналом связаны с системами охлаждения, отопления и вентиляции.

3. Днище легкового автомобиля по п.1, отличающееся тем, что полости наружных каналов связаны с системами охлаждения, отопления и вентиляции, а каналы между боковыми и центральным каналом использованы для размещения энергетических источников, например аккумуляторных батарей и/или топливных баков.

4. Днище легкового автомобиля по пп.1-3, отличающееся тем, что в центральном канале размещены элементы каталитических нейтрализаторов отработанных газов.

5. Днище легкового автомобиля по пп.1-4, отличающееся тем, что в центральной части центрального канала выполнена полость для размещения карданного вала.

6. Днище легкового автомобиля по пп.1-5, отличающееся тем, что наружные стенки боковых каналов снабжены ребрами жесткости.

7. Днище легкового автомобиля по пп.1-6, отличающееся тем, что в периферийных каналах размещены теплообменники системы охлаждения, отопления и вентиляции в виде трубопроводов с продольным оребрением.

8. Днище легкового автомобиля по п.7, отличающееся тем, что ребра теплообменников выполнены закрученными по спирали.

9. Днище легкового автомобиля по пп.1-8, отличающееся тем, что каналы выполнены профилированными по длине с образованием конфузора на входе и диффузора на выходе днища.

10. Днище легкового автомобиля по пп.1-9,отличающееся тем, что кромки выходных сопел каналов срезаны снизу под углом к выходящим потокам.

11. Днище легкового автомобиля по пп.1-10, отличающееся тем, что хотя бы часть каналов выполнена сообщающимися друг с другом с образованием эжекторов.

12. Днище легкового автомобиля по пп.1-11, отличающееся тем, что каналы системы охлаждения, отопления и вентиляции связаны с размещенным наклонно перед лобовым стеклом кузова радиатором фигурно изогнутым воздуховодом с образованием объемно-пространственной конструкции.

13. Днище легкового автомобиля по пп.1-12, отличающееся тем, что днище выполнено несущим в виде силовой пространственной полой балки с возможностью прохождения через ее внутренние полости газовых потоков.