Защитный поддон для силового агрегата легкового автомобиля
Владельцы патента RU 2325297:
Общество с ограниченной ответственностью "ЭКС" (ООО "ЭКС") (RU)
Изобретение относится к устройствам для защиты силового агрегата (двигателя, коробки передач, каталитического нейтрализатора) от воздействия профильных препятствий. Защитный поддон для силового агрегата легкового автомобиля содержит панель с предусмотренными в ней крепежными отверстиями, включая задние, под болтовое или аналогичное ему соединение для установки и фиксации в горизонтальном или близком к горизонтальному положении, по крайней мере, под двигателем, а также защитными элементами непосредственно перед задними крепежными отверстиями. Каждый защитный элемент выполнен в виде защитного отверстия, размеры которого в любом направлении в плане превышают, в тех же направлениях, размеры крепежного отверстия и, более того, нижерасположенных частей упомянутого соединения, с возможностью автоматической расфиксации панели в указанных местах ее крепления и свободного перемещения вниз вследствие горизонтального смещения назад под действием горизонтальной продольной составляющей силы динамического воздействия F в случае фронтального удара. Отверстие может быть выполнено сквозным или глухим (с толщиной донышка меньше толщины панели), с возможностью разрушения донышка при заданных величинах силы F, силы тяжести панели и веса расфиксированного двигателя. Между защитным и крепежным отверстиями может быть предусмотрена разрушаемая перемычка. Возможно и ее отсутствие: при этом отверстие выполнено в виде продольного паза, сообщающегося с отверстием. Последнее выполнено предпочтительно круглым. В панели может быть выполнены, дополнительно, защитные отверстия и при передних крепежных отверстиях. Изобретение позволяет повысить безопасность эксплуатации автомобиля как отвечающее концепции «ухода двигателя вниз»: при фронтальном (лобовом) ударе, в частности в стену или в «евробампер» другого автомобиля, смещающаяся назад панель поддона автоматически расфиксируется и падает (по крайней мере, задней своей частью) вниз под действием собственной силы тяжести и веса смещающегося назад-вниз двигателя, практически не препятствуя его падению. 6 з.п. ф-лы, 7 ил.
Изобретение относится к автомобильному оборудованию, а именно к системам безопасности автомобиля, конкретно - к защитным поддонам, съемно устанавливаемым в нижнем проеме моторного отсека (отделения) и предохраняющим силовой агрегат (двигатель, коробку передач, каталитический нейтрализатор) от ударных нагрузок и износа в случае наезда на профильное препятствие, и уменьшающим загрязнение моторного отсека. Одновременно оно направлено на реализацию концепции «ухода двигателя вниз» в случае лобового столкновения автомобиля с препятствием при наличии упомянутого защитного поддона.
Защитные поддоны, как правило, входят в «российский пакет» докомплектации поступающих в Россию легковых автомобилей зарубежного производства, особенно дорогих машин с большой колесной базой и, следовательно, с небольшим относительным дорожным просветом [1].
Известен ряд защитных поддонов для силового агрегата легкового автомобиля, содержащих неметаллическую или металлическую панель сложного корыто- или щитообразного профиля с вентиляционными и сливными отверстиями, а также с тремя-шестью (чаще четырьмя) крепежными отверстиями (для крепления к автомобилю) и крепежные детали [2-8].
Наиболее близким к заявляемому изобретению по назначению и совокупности существенных конструктивных признаков является защитный поддон для силового агрегата легкового автомобиля, содержащий панель с предусмотренными в ней крепежными отверстиями, включая задние, под болтовое или аналогичное ему соединение для установки и фиксации в горизонтальном или близком к горизонтальному положении, по крайней мере, под двигателем, а также защитными элементами непосредственно перед задними крепежными отверстиями [8].
В нем каждый защитный элемент представляет собой заднее продольное ребро жесткости панели, торец которого расположен перед задним крепежным отверстием (с образованием фигурной перемычки между последним и полостью, образованной стенками ребра) и ниже, с возможностью защиты нижних частей болтового или аналогичного ему крепежного элемента спереди от воздействия профильных препятствий движению автомобиля. Собственно, в этом и заключаются его функции как «защитного элемента».
Однако поддон-прототип, равно как и указанные выше другие аналоги заявляемого изобретения, в последнее время вступил в противоречие с требованиями безопасности автомобиля при столкновениях с препятствиями и прежде всего с неподвижным препятствием типа стены, столба, дерева или с «евробампером» другого автомобиля. Поскольку он препятствует запланированной, рассчитываемой и экспериментально проверяемой фирмой-производителем по так называемому крэш-тесту (краш-тесту) энергопоглощающей деформации передка автомобиля при фронтальном (лобовом) ударе в стену. Особенно актуальной эта проблема стала при реализации концепции «ухода двигателя вниз». Эта концепция безопасности основана на идее предотвращения «въезда» двигателя в салон автомобиля (с нанесением водителю и пассажиру на переднем сиденье травм, зачастую с летальным исходом) при продольной деформации передка, за счет обеспечения его падения вниз (сброса) под действием веса. При этом веса двигателя недостаточно ни для разрушения панели под ним, ни для срыва или среза крепежа. Кроме того, большая жесткость защитного поддона, особенно в продольном (горизонтальном) направлении, существенно увеличивает продольную жесткость передка автомобиля в целом, ухудшая расчетные характеристики энергопоглощения деформацией штатной (заводской) конструкции.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение безопасности эксплуатации автомобиля, приведение устройства в соответствие с требованиями обеспечения безопасности водителя и пассажиров при реализации концепций расчетной энергопоглощающей деформации передка автомобиля и концепции «ухода двигателя вниз», путем исключения или сведения к минимуму продольного и вертикального сопротивления «ударной» деформации и расчетному падению двигателя: при фронтальном (лобовом) ударе, в частности в стену, столб, дерево, в «евробампер» другого автомобиля, смещающаяся назад панель защитного поддона должна автоматически расфиксироваться и падать (по крайней мере, задней своей частью) вниз под собственным весом и весом смещающегося назад-вниз двигателя.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в защитном поддоне для силового агрегата легкового автомобиля, содержащем панель с предусмотренными в ней крепежными отверстиями, включая задние, под болтовое или аналогичное ему соединение для установки и фиксации в горизонтальном или близком к горизонтальному положении, по крайней мере, под двигателем, а также защитными элементами непосредственно перед задними крепежными отверстиями, каждый защитный элемент выполнен в виде отверстия, называемого далее защитным, размеры которого в любом направлении в плане превышают, в тех же направлениях, размеры крепежного отверстия и, более того, нижерасположенных частей упомянутого болтового или аналогичного соединения, с возможностью автоматической расфиксации панели в указанных местах ее крепления и свободного перемещения вниз вследствие горизонтального смещения назад под действием горизонтальной продольной составляющей силы динамического воздействия в случае фронтального (лобового) удара (в частности, при крэш-тесте).
Задача решается также за счет ряда дополнительных совокупностей признаков устройства на базе указанной совокупности основных признаков:
- защитное отверстие может быть выполнено сквозным;
- защитное отверстие может быть выполнено глухим, с толщиной донышка меньше толщины панели, с возможностью разрушения донышка при заданных величинах горизонтальной продольной составляющей силы динамического воздействия, силы тяжести панели и веса расфиксированного двигателя;
- между защитным и крепежным отверстиями может быть предусмотрена перемычка, разрушаемая при заданной величине горизонтальной продольной составляющей силы динамического воздействия;
- крепежное отверстие может быть выполнено в виде продольного паза, сообщающегося с защитным отверстием;
- защитное отверстие может быть выполнено круглым, с диаметром, превышающим диаметр шайбы под головку болта соединения или, при ее отсутствии, диаметр головки болта;
- в панели могут быть выполнены, дополнительно, защитные отверстия, аналогичные описанным, при передних крепежных отверстиях, перед или за ними, в зависимости от конструкции и геометрических особенностей передка автомобиля и расположения передней кромки панели относительно передних точек ее крепления на автомобиле.
Заявленное устройство представлено на чертежах примерами конструктивного выполнения:
на фиг.1 полусхематично показан защитный поддон на автомобиле (фрагмент), вид сбоку в разрезе, где F со стрелкой - вектор горизонтальной продольной составляющей силы фронтального (лобового) удара в автомобиль (или сила реакции со стороны неподвижного препятствия при ударе в него автомобиля);
на фиг.2 - панель поддона, вариант с ее креплением в четырех точках, вид в плане, где d - диаметр крепежного отверстия, D3 - диаметр защитного отверстия;
на фиг.3 - узел крепления задней части панели с защитным отверстием (вариант круглого отверстия, отделенного от крепежного отверстия разрушаемой перемычкой), вид сбоку в разрезе (движение автомобиля - справа налево), исходное состояние, где Dк - диаметр шайбы под задним крепежным отверстием;
на фиг.4 - то же, при продольном смещении панели относительно заднего узла ее крепления вследствие воздействия силы F, в момент совмещения, в плане, защитного отверстия с нижними частями крепежа (расфиксация панели);
на фиг.5 - то же, процесс вертикального перемещения вниз расфиксированной задней части панели вследствие воздействия силы тяжести самой панели и веса расфиксированного двигателя автомобиля;
на фиг.6 - изображен вариант глухого защитного отверстия, вид сбоку в разрезе, где В - толщина панели, b - толщина донышка глухого защитного отверстия;
на фиг.7 - изображен вариант защитного отверстия, сообщающегося с крепежным отверстием, выполненным в виде продольного паза, вид в плане.
Защитный поддон для силового агрегата легкового автомобиля содержит панель 1, неметаллическую или металлическую, сложного профиля - выпукло-вогнутой по условию сопряжения, т.е. в контакте в местах фиксации и с небольшим, равномерно распределенным по поверхности зазором (20 мм с учетом прогиба при деформациях), со смежными элементами автомобиля конкретной марки.
В панели 1 предусмотрены передние 2, 3 и задние 4, 5 крепежные отверстия (задние - в количестве двух-трех, чаще двух) под болтовое (болт 6, гайка 7, шайба 8 и вспомогательная монтажная планка 9) или аналогичное ему соединение для установки и фиксации панели 1 на рамных элементах 10 (переднем) и 11 (заднем), например на поперечных балках, в горизонтальном или близком к горизонтальному положении (см. фиг.1), по крайней мере, под двигателем 12.
В панели 1, преимущественно в нижних ее точках, выполнены (как и в аналогах) сливные или вентиляционно-сливные отверстия 13 (преимущественно со «сливными» функциями), как правило, в нижних точках. По крайней мере, часть вентиляционных отверстий 14 расположены в один ряд в передней части панели 1 на участке положительного угла атаки.
Непосредственно перед каждым отверстием 4, 5 (в направлении к переднему бамперу 15 автомобиля) в панели 1 предусмотрен защитный элемент в виде отверстия (16 и 17 соответственно), преимущественно сквозного. Размеры защитного отверстия 16 (17) в любом направлении в плане превышают, в тех же направлениях, размеры крепежного отверстия 4 (5). Более того, они превышают и размеры, в тех же соответствующих друг другу направлениях, нижерасположенных (под крепежным отверстием 4 (5)) частей упомянутого болтового или аналогичного соединения.
В данном примере защитное отверстие 16 (17) выполнено круглым, с диаметром D3, превышающим не только диаметр d крепежного отверстия 4 (5), но и диаметр Dк шайбы 8 (см. фиг.3-5), а при отсутствии шайбы 8 - диаметр головки болта 6.
Близкое взаимное расположение круглых отверстий 4 (5) и 16 (17) обусловливает наличие перемычки 18 (19) с минимальной шириной порядка 4-8 мм - фрагмента тела панели 1. Конкретные размеры отверстий и их взаимное расположение выбирают из расчета разрушения перемычек 18 и 19, с учетом материала панели и расчетной (проверенной при крэш-тесте) горизонтальной продольной составляющей силы F (вектор) динамического воздействия на панель 1 (на чертежах - слева направо) в случае фронтального (лобового) удара в бампер (бампером) 15. А значит - с возможностью автоматической расфиксации панели 1 в указанных местах ее крепления (отверстия 4, 5) и свободного перемещения вниз (см. фиг 3-5) вследствие горизонтального смещения панели 1 назад (на чертежах - вправо) под действием силы F.
Как вариант крепежное отверстие 4 (5) может быть выполнено в виде продольного паза, сообщающегося с защитным отверстием 16 (17) - см. фиг.7.
В свою очередь, и защитное отверстие 16 (17) может быть выполнено глухим, с толщиной b донышка 20 (21) меньше толщины В панели (см. фиг.6), с возможностью разрушения дна 20, 21 при заданных величинах силы F и веса расфиксированного двигателя 12. Необходимость в защитных отверстиях с донышками 20, 21 может возникнуть при требовании изоляции от воздуха и жидкостей в этих местах.
Если для каких-либо моделей автомобиля и защитного поддона к нему аварийного «сброса» панели 1 недостаточно и ставится задача полного его «сброса», то возможен конструктивный вариант, в рамках заявляемого изобретения, с защитными отверстиями при передних крепежных отверстиях 2, 3. При этом они могут быть расположены перед или за ними, в зависимости от конструкции и геометрических особенностей передка автомобиля и расположения передней кромки панели 1 относительно передних точек ее крепления на автомобиле (на чертежах не показано).
Описанный конструктивный пример выполнения устройства не исключает других возможных вариантов в рамках заявленной совокупности существенных признаков.
Разработаны технологические процессы изготовления деталей и сборки устройства в условиях мелкосерийного производства.
Устройство работает следующим образом.
При воздействии профильного препятствия снизу (неровность, камень, поребрик и т.д.) поддон защищает элементы силового агрегата автомобиля, включая двигатель 15. Ударные и касательные нагрузки воспринимаются панелью 1 и, достаточно равномерно распределяясь по местам крепления, передаются на рамные элементы 10, 11. В этом работа заявляемого устройства и его эффективность как «защиты» силового агрегата снизу не отличается от аналогов.
При воздействии на бампер 15 силы F, в случае фронтального (лобового) удара, передок автомобиля деформируется с поглощением энергии удара. Наличие жестко закрепленного поддона 1 «на пути деформации», причем обладающего весьма большими жесткостью и прочностью в этом направлении на всей его длине, за исключением легко разрушаемых перемычек 18, 19, приводит к разрушению последних болтами 6 и продольному сдвигу назад (на фиг.3-5 - слева направо, как показано стрелками). Когда защитное отверстие 16 (17) оказывается над шайбой 8 и/или головкой болта 6, благодаря превышению его размеров над размерами последних (иначе говоря, перекрытию их защитным отверстием в плане), происходит автоматическая расфиксация задних узлов крепления панели 1 на рамном элементе 11 автомобиля. Поэтому панель 1 получает свободу движения вниз («сброса») теоретически даже под действием собственного веса.
При наличии системы безопасности автомобиля с использованием так называемой концепции «ухода двигателя вниз», расфиксированный в аварийном режиме двигатель 12, смещаясь назад и одновременно вниз (падая) под действием силы тяжести, достаточно легко увлекает за собой вниз панель 1, «сбрасывая» его с расфиксированных задних узлов крепления.
При устройстве с аналогичным выполнением передних узлов крепления панели 1 происходит практически одновременная расфиксация всех точек крепления панели 1, вследствие чего она «сбрасывается» полностью.
В варианте устройства с крепежным отверстием-пазом 4 (5) совмещение (в плане) отверстия 16 (17) с нижерасположенными частями 6-8 соединения (см. фиг.7) происходит гораздо легче и надежнее, т.к. разрушаемые перемычки 18, 19 отсутствуют.
В варианте устройства с глухими защитными отверстиями 16 (17) «слабые» донышки 20 (21) с пренебрежимо малыми силами сопротивления их горизонтальному и вертикальному разрушениям (см. фиг.6) работа в «аварийном» режиме (и, соответственно, эффективность как устройства безопасности) не имеет принципиальных отличий от описанной.
Использование изобретения позволяет повысить безопасность эксплуатации автомобиля как отвечающее концепции «ухода двигателя вниз»: при фронтальном (лобовом) ударе, в частности в стену (в том числе и при крэш-тесте), в столб, в дерево, в «евробампер» другого автомобиля, смещающаяся назад панель защитного поддона автоматически расфиксируется и падает (по крайней мере, задней своей частью) вниз под действием собственной силы тяжести и веса смещающегося назад-вниз двигателя, практически не препятствуя его падению.
Источники информации
1. «За рулем», №12, 1997. - С.168-170.
2. RU 0042806 U1, B62D 25/20, F02B 77/08, 20.07.2004.
3. RU 0042497 U1, B62D 25/20, 20.07.2004.
4. RU 0043841 U1, B62D 25/20, 04.10.2004.
5. RU 0042019 U1, B62D 25/22, 28.06.2004.
6. RU 2140371 C1, B62D 25/20, 30.06.1998.
7. RU 2260539 C1, B62D 25/20, 03.03.2004.
8. RU 0042018 U1, B62D 25/22, 28.06.2004 (прототип).
1. Защитный поддон для силового агрегата легкового автомобиля, содержащий панель с предусмотренными в ней крепежными отверстиями, включая задние, под болтовое или аналогичное ему соединение для установки и фиксации в горизонтальном или близком к горизонтальному положении, по крайней мере, под двигателем, а также защитными элементами непосредственно перед задними крепежными отверстиями, отличающийся тем, что каждый защитный элемент выполнен в виде отверстия, называемого далее защитным, размеры которого в любом направлении в плане превышают в тех же направлениях размеры крепежного отверстия и, более того, нижерасположенных частей упомянутого болтового или аналогичного соединения, с возможностью автоматической расфиксации панели в указанных местах ее крепления и свободного перемещения вниз вследствие горизонтального смещения назад под действием горизонтальной продольной составляющей силы динамического воздействия в случае фронтального удара.
2. Защитный поддон по п.1, отличающийся тем, что защитное отверстие выполнено сквозным.
3. Защитный поддон по п.1, отличающийся тем, что защитное отверстие выполнено глухим, с толщиной донышка меньше толщины панели, с возможностью разрушения донышка при заданных величинах горизонтальной продольной составляющей силы динамического воздействия, силы тяжести панели и веса расфиксированного двигателя.
4. Защитный поддон по п.1, отличающийся тем, что между защитным и крепежным отверстиями предусмотрена перемычка, разрушаемая при заданной величине горизонтальной продольной составляющей силы динамического воздействия.
5. Защитный поддон по п.1, отличающийся тем, что крепежное отверстие выполнено в виде продольного паза, сообщающегося с защитным отверстием.
6. Защитный поддон по п.1, отличающийся тем, что защитное отверстие выполнено круглым, с диаметром, превышающим диаметр шайбы под головку болта соединения или, при ее отсутствии, диаметр головки болта.
7. Защитный поддон по п.1, отличающийся тем, что в панели выполнены дополнительно защитные отверстия, аналогичные описанным, при передних крепежных отверстиях, перед или за ними, в зависимости от конструкции и геометрических особенностей передка автомобиля и расположения передней кромки панели относительно передних точек ее крепления на автомобиле.
