本发明总体涉及应用于车辆的内燃发动机的进气系统。更具体地，本发明涉及一种具有巧妙定位且图案化的引起开裂的凹槽的可压碎或可折叠的风管或风道，这些凹槽提供某一厚度，该厚度被设计成在指定负载下失效以防止较高成本的机罩下方(under-hood)组件的后续损坏。
背景技术
内燃发动机通常包含进气系统(ais)，用于输送环境空气至节气门主体并最终进入燃烧室内作为空气燃料混合物的一部分。进气系统包含风道，该风道首先引入环境空气并将输入空气传送至空气滤清器箱中且穿过空气滤清器箱。典型的风道一般是低成本单元，其通常被定位成毗邻更高成本的机罩下方组件，如空调(a/c)冷凝器、散热器以及包括风扇单元(或多个单元)和风扇罩在内的与散热器有关的部件。
在撞击事件中，散热器和相关联的风扇单元及风扇罩被推向车辆后方进入发动机室。这种问题即使在低速撞击时也会出现，其中“冷却组合件(pack)”(a/c冷凝器、散热器、风扇单元和风扇罩)和支撑件的组件被推向车辆后方大约100mm。为了使散热器、风扇单元及风扇罩的附加损伤最小化，对于汽车存在“低速损坏性(lsd)”的行业要求并且该行业要求适用于ais风道。这些规则要求散热器的车辆后方区域是空的或者仅包含在撞击事件中将对散热器、风扇单元和风扇罩的移动施加最小阻力的部件。来自ais风道的抵抗散热器、风扇单元和风扇罩的移动的力必须足够低，以便使a/c冷凝器、散热器、风扇单元和风扇罩在撞击事件期间不被损坏，以使维修费用最小化。
考虑到对可能的撞击事件的关切，现有的ais污侧风道(dsd，dirtysideduct)存在无法满足安全性lsd级联目标的风险。由汽车设计者寻找的涉及车辆安全的级联目标是在撞击事件中受到预定可接受力(例如500n)时具有dsd毁坏，以满足lsd需求。“成功的”撞击事件结果是不存在对诸如a/c冷凝器、散热器、风扇单元、风扇罩、电池或电池盖的组件的碰撞后损伤。
在撞击事件中存在风险的组件里，进气风道通常是牺牲和替换成本最低的部件。为了应对lsd需求，汽车制造商希望提供一种风道，该风道足够强以在所有发动机状况下执行，但还是足够脆弱以在低速碰撞下被毁坏并且为更复杂和更贵的组件腾出空间，使这些组件能移动到该空间内而不致损坏。为了满足此需求，制造商在ais风道和软管上使用柔软的弹性体/橡胶材料。然而，弹性部件可能比模制刚性塑料部件成本更高且更重。这些组件也倾向于比模制刚性塑料部件更重，因此为车辆增加不合需要的额外重量。
因此，在碰撞事件中减少对昂贵的机罩下方组件的损坏的已知方法并不总是产生令人满意的结果。就像在大多数汽车技术领域中那样，总是有很多涉及ais组件的设计的改进机会。
技术实现要素：
本发明提供一种可压碎或可折叠的进气风道，其具有形成于其上的一系列巧妙定位且图案化的引起开裂的凹槽。这些凹槽允许风道在撞击事件中被压碎，从而保护相邻的更高成本的机罩下方组件免于损坏。这些组件包括但不限于散热器、冷却风扇、冷却风扇罩和空调组件。在撞击事件中，这一系列凹槽允许风道中的裂纹容易以受控和可预测的方式遍及整个图案传播。本发明公开的可压碎风道在撞击事件中展示与已知的弹性体版本相比至少相同或更好的性能。本发明公开的可压碎风道优选而非绝对地在预定可接受的力(例如500n)下被压碎。
本发明公开的可压碎风道包含具有空气入口和空气出口的主体。一系列凹槽被形成在该主体的外侧上，但是这些凹槽也可以或替代地形成于该主体的内侧。这些凹槽的图案可以是规则的，诸如方形、三角形或六边形。可替代地，凹槽的图案可以是不规则的。尽管可以仅提供一组凹槽，但优选而非绝对地提供两组凹槽。一组凹槽大致在空气入口和空气出口之间延伸。这组凹槽是平行的。另一组凹槽(如果有的话)在周向上围绕该可压碎风道的主体形成。如果同时提供两组凹槽，则这两组凹槽中的至少一些彼此相交。
为了增强可压碎风道的可压碎性，主体由易碎的刚性聚合材料形成。可用的聚合材料的非限制性示例包括聚丙烯、高密度聚乙烯和丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯。
本发明公开的可压碎风道可以由单块刚性聚合材料形成，或者可以由多块刚性聚合材料(诸如附连在一起的多个壳体)形成。一个壳体与另一个壳体的附连可以通过包括但不限于扣钩(clasp)、卡扣配合(snap-fit)组合件和塑料焊接的任何数量的方法来进行。
上述优点以及其它优点和特征通过随后结合附图的优选实施例的详细说明将变得显而易见。
附图说明
为了更全面地理解本发明，现在应参考在附图中更详细示出且在下面以本发明的示例的形式描述的实施例，其中：
图1是根据本发明公开的可压碎风道的环境视图，根据透视图，该风道的位置在发动机室内；
图2是根据图1的环境视图的替代视图；
图3是与图1类似但是从上方观看的环境视图；
图4是与图1类似但是从侧面观看的环境视图；
图5是本发明公开的可压碎风道的前视图；
图6是本发明公开的可压碎风道的第一侧视图；
图7是本发明公开的可压碎风道的后视图；
图8是本发明公开的可压碎风道的第二侧视图；
图9是本发明公开的可压碎风道的俯视图；
图10是本发明公开的可压碎风道的仰视图；
图11是图5中沿着线11-11截取的本发明公开的可压碎风道的剖视图；以及
图12是类似于图1的视图，但是示出了可压碎风道在经历撞击事件后的环境状况。
具体实施方式
在随后的附图中，相同的附图标记将被用来表示相同的组件。在以下描述中，针对不同构造的实施例来描述不同的操作参数和组件。这些特定的参数和组件被包含在实施例中，但并不意味着是限制性的。
附图和相关描述说明了根据本发明公开的进气歧管。特别地，图1至图4示出进气系统的可压碎风道，其被图示为在正常工况下处于车辆的发动机室中的位置。可压碎风道本身在图5至图11的各种视图中单独示出。在图12中，可压碎风道被示出为在撞击事件后在发动机室内处于其压碎状态。
应当理解的是，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，机罩下方特征件及其布置可以与图1至图4以及图12所示的不同。还应该理解的是，在不偏离所公开的发明概念的精神或范围的情况下，可以采用本发明公开的可压碎风道的附加配置。
参考图1至图4，其示出车辆的发动机室。发动机室(总体标识为10)包含可压碎风道12、局部用虚线示出的空气净化器箱14以及散热器16。风扇罩17固定在散热器16的朝向车辆后部的侧面上。空气净化器箱14内通常设有可更换的空气滤清器(图中未示出)。
可压碎风道12是污侧风道(dsd，dirtysideduct)，在其入口端18(如图1至图3所示)处接受输入空气并且从其出口端20(如图1、图2和图4所示)输送排气。空气入口(图中未示出)通常附连到可压碎风道12的入口端18。可压碎风道12的出口端20与空气净化器箱14流体关联。空气净化器箱14传递现在已经滤清的输入空气至发动机进气道(图中未示出)。
可压碎风道12在图5至图11中以各种视图单独示出。参考这些图，可压碎风道12的前视图被示出。空气入口端18优选但不必要地包含周向止动凸缘22，空气入口在插入时抵靠该凸缘停止(rest)。空气入口端18还包括用于锁定附连到空气入口的锁定装置。这样的锁定装置可以包含例如附连凸片24和24’。
空气出口端20优选但不必要地包含周向止动凸缘26，空气入口在插入时抵靠该凸缘停止。空气入口端18还包含用于锁定附连到空气净化器箱14的锁定装置。这样的锁定装置可以包含例如附连凸片28、28’、28”和28”’。
可压碎风道12可以由若干刚性聚合材料中的任一种形成，这些刚性聚合材料具有良好强度但沿着设计好的凹槽可开裂。此类刚性材料的非限制性示例包括聚丙烯(pp)、高密度聚乙烯(hdpe)和丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯(asa)或它们的任意组合。
可压碎风道12优选但不必要地由多个块模制成。多块(multi-piece)结构有助于降低制造成本。优选地但不必要地，可压碎风道12由两个连接的壳体(第一壳体30和第二壳体32)形成。第一壳体30和第二壳体32可以相互附连。第一壳体30到第二壳体32的附连可以通过任何数量的方法来实现，包括机械紧固件或者如图所示通过包含凸片34和卡扣配合组合件36(独立地或组合地)的一系列附连紧固件来实现。如图11所示，每个卡扣配合组合件36包含悬臂咬合部38和闩锁部40。
如前所述，可压碎风道12被制成可通过一系列巧妙定位且图案化的引起开裂的凹槽来折叠和压碎。这些凹槽提供了一个壁厚度减小的集中区域，该区域被设计成在指定的负载下失效。这种设计好并可调节的失效允许可压碎风道12被压碎并且通常被压平，以防止对较高成本的机罩下方组件造成后续损坏。设计好的凹槽图案和凹槽的取向允许在受到撞击时裂纹可控并容易遍及整个可压碎风道12传播。优选地，可压碎风道12必须在小于可接受的预定撞击力下被压碎。
第一壳体30和第二壳体32均包含限定图案的一系列凹槽。虽然如图5至图11所示，这些凹槽被示出为形成于壳体30和壳体32的外侧上，但应当理解的是，这些凹槽也可以如图11那样形成于壳体30和壳体32其中之一或两者的内侧上。
第一系列凹槽形成于第一壳体30上。如图所示，第一组平行凹槽包含凹槽42、42’、42”、42”’和42””。平行凹槽42、42’、42”、42”’和42””一般形成在空气入口端18和出口端20之间，尽管这些凹槽可能短一些。平行凹槽42、42’、42”、42”’和42””的宽度和深度可以根据需要进行调整以产生期望的压碎结果。
大致垂直于平行凹槽42、42’、42”、42”’、42””的是一组周向凹槽44、44’和44”。应当理解的是，可以在第一壳体30上形成更多或更少数量的平行凹槽42、42’、42”、42”’和42””以及周向凹槽44、44’和44”。
第二系列凹槽形成于第二壳体32上。如图所示，第一组平行凹槽包含凹槽46、46’、46”、46”’和46””。平行凹槽46、46’、46”、46”’和46””一般也形成在空气入口端18和出口端20之间，尽管这些凹槽可能短一些。平行凹槽46、46’、46”、46”’和46””的宽度和深度可以根据需要进行调整以产生期望的压碎结果。
大致垂直于平行凹槽46、46’、46”、46”’和46””的是一组周向凹槽48、48’、48”、48”’、48””和48””’。应当理解的是，可以在第二壳体32上形成更多或更少数量的平行凹槽46、46’、46”、46”’和46””以及周向凹槽48、48’、48”、48”’、48””和48””’。
如前所述，这些凹槽可以在内部和在外部形成于第一壳体30和第二壳体32上。虽然图5至图10示出在外部形成的平行凹槽和周向凹槽，但图11示出在内部形成的一组凹槽。作为参考，第一壳体30包含内部的一组平行凹槽50和50’，并且第二壳体32包含内部的一组平行凹槽52和52’。可以形成更多或更少数量的凹槽50、50’、52和52’。
图1至图11示出可压碎风道12在撞击事件之前的表现，而图12示出在撞击事件之后的可压碎风道12。如图所示，车辆已经如箭头所示被撞击。在撞击事件之后，散热器16已经在空气净化器箱14的方向上朝着车辆内部被推动。然而，在撞击事件后，空气净化器箱14、风扇罩17以及所有空调组件都保持完好。这是可能的，因为可压碎风道12已经吸收了撞击的能量并且因此已经被压碎在散热器16和空气净化器箱14之间，从而实质上腾出了它以前占用的空间。
如前所述，不论是形成在可压碎风道的外侧还是内侧上，每个凹槽的数量、路径、布局和深度都可以根据需要进行修改以在撞击事件中提供最佳的性能。尽管这些凹槽已被示出为是细长的和圆周状的，但应该理解的是，凹槽图案的很多变体是可能的，包括规则图案和不规则图案两者。还应当理解的是，尽管已经指定了凹槽，但是图中示出为凹槽的内凹区域也可以是通道，其形状(可替代地或组合地)是多边形、圆形或卵圆形或具有这几种形状的混合体。第一壳体30和第二壳体32的厚度可以是恒定的或可变的。
本发明公开的风道是高度可调谐的，并且能够被设计和生产以满足各种各样的需求。变量包括凹槽的几何形状、材料的选择、材料的厚度以及凹槽图案。风道的多种变体已被生产，并且后续的分析和物理测试已经确定了风道在其多种变体下的可调谐性。
在给定所描述的变量的情况下，本发明公开的可压碎风道12为发动机设计者提供了最大的灵活性，并使得能够对机罩下方布置进行具体调节。以此方式，可以通过减少或消除对高成本组件造成的损坏来减少撞击事件后的修复成本，而不增加车辆的进气系统的重量、成本或复杂程度。
本领域技术人员将很容易从上述讨论以及附图和权利要求中认识到，在没有背离如由随附权利要求所限定的本发明的真实精神和公平范围的情况下，可以在其中做出各种变化、修改和变体。