[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fahrzeug wie ein Automobil, ein Nutzfahrzeug oder ein sonstiges Fahrzeug für den Personen- oder Warentransport, sei es, dass dieses auf der Strasse, auf dem Wasser oder auf der Schiene verkehrt. Solche Fahrzeuge, im Besonderen Automobile, Lastwagen und auch Schienenfahrzeuge werden heute laufend auf ihren Energieverbrauch hin optimiert.
[0002] Häufig wird dabei der Antrieb selbst verbessert, was zu den bekannten Hybridfahrzeugen mit zusätzlichem Elektroantrieb geführt hat. Ebenso wird der Aussenhaut, bei Automobilen und Lastwagen der Carrosserie, Aufmerksamkeit geschenkt, um diese strömungsgünstig und damit widerstandsarm zu halten, was geringeren Energieverbrauch zur Folge hat. Solchen Bemühungen ist aber auch insofern eine Grenze gesetzt, als dass der Querschnitt des Fahrzeugs nicht bedingungslos auf tiefen Strömungswiderstand hin konzipiert werden kann, da sonst das gewünschte Volumen für Beladung und Technik nicht vorliegt, damit Volumen und Technik unter hohem Kostenaufwand angepasst bzw. geändert werden müssen.
[0003] Schliesslich werden Fahrzeuge zunehmend mit Solarzellen ausgerüstet, um bei ausreichender Sonnenstrahlung Strom zu erzeugen, der sonst vom Antrieb des Fahrzeugs unter entsprechendem Brennstoffverbrauch zur Verfügung gestellt werden muss. Obschon die diesbezügliche Entwicklung fortschreitet, sind Solarzellen vergleichsweise teuer und weisen bei hohem Flächenbedarf einen tiefen Wirkungsgrad auf.
[0004] Entsprechend ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Energieeffizienz von Fahrzeugen zu verbessern.
[0005] Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die Merkmale von Anspruch 1.
[0006] Dadurch, dass das Fahrzeug eine Windturbine mit einem Generator aufweist, die durch den das Fahrzeug umströmenden Wind antreibbar ist, kann Strom erzeugt werden, der z.B. direkt in die Batterie eingespeist wird, was über längere Zeit durchaus spürbar zur positiven Energiebilanz des Fahrzeugs beiträgt. Die nachstehend aufgeführten bevorzugten Ausführungsformen sind Beispiele dafür, wie in Kombination mit anderen Effekten die Energiebilanz des Fahrzeugs insgesamt verbessert werden kann.
[0007] Es zeigt:
<tb>Fig. 1 <sep>eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemässen Fahrzeugs mit einer im Luftstrom der Kühleröffnung angeordneten Turbine
<tb>Fig. 2 <sep>eine weitere Ausführungsform mit einer erfindungsgemässen Anordnung an einem Aussenspiegel eines Fahrzeugs
<tb>Fig. 3 <sep>eine noch weitere Ausführungsform mit einer erfindungsgemässen Anordnung am Ort des Spoilers eines Fahrzeugs
<tb>Fig. 4 <sep>eine Ausführungsform der erfindungsgemässen Anordnung, geeignet für ein stillstehendes Fahrzeug
<tb>Fig. 5 <sep>eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemässen Fahrzeugs mit verschiedenen Luftführungskanälen.
[0008] Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht des Motorraums 1 eines Automobils, LKW's oder Autocars mit seitlichen Carrosserieteilen 2, je einem seitlich angeordneten Dom 3 für die Federbeine des Fahrwerks, einem Motorblock 4 und einem luftdurchströmten Kühler 5 mit einem Kühlerventilator 6. Pfeile 7 symbolisieren den Fahrtwind, der das Auto umströmt, und während der Fahrt von vorne in eine Kühleröffnung 8 einströmt, durch diese hindurchtritt und bei Kühlungsbedarf weiter durch den Kühler 5 hindurchtritt.
[0009] Der Kühlungsbedarf mit Unterstützung durch den Kühlerventilator 6 ist nur während einem kleinen Teil der Fahrt gegeben. So wird der Motor während der Aufwärmphase durch einen Thermostaten vom Kühler 5 abgekoppelt, wobei bei angekoppeltem Kühler 5 genügende Kühlung meist auch ohne Betrieb des nach Bedarf ein- oder ausgeschalteten Kühlerventilators 6 gegeben ist.
[0010] Da das Kühlsystem auf hohe Motorleistung bei hoher Umgebungstemperatur ausgelegt sein muss, ist die Kühleröffnung 8 auf einen entsprechend intensiven Luftstrom 7 ausgelegt, der bei jedem, d.h. auch bei geringem Kühlungsbedarf in den Motorraum 1 eintritt. Bei den Fahrzeugen gemäss dem Stand der Technik verwirbelt dieser eintretende Luftstrom 7 im Motorraum und tritt nach unten, im Bereich des Fahrwerks wieder aus dem Motorraum 1 aus. Damit erfährt der Luftstrom 7 im Motorraum 1 einen erheblichen Widerstand, so dass auch die Kühleröffnung 8, trotzdem sie durch den Fahrtwind 7 durchströmt werden kann, erheblich zum durch die Front des Fahrzeugs gebildeten Luftwiderstandsbeiwert cw beiträgt.
[0011] Ein Grundgedanke der Erfindung ist es nun, den Anteil 10 des auf jeden Fall in den Motorraum 1 eintretenden Luftstroms 7, der aufgrund des aktuellen Kühlbedürfnisses nicht durch den Kühler 5 hindurchtritt, in Kanälen 11,11 zu fassen, und je seitlich nach unten aus dem Motorraum 1 hinauszuleiten. Dabei ist in beiden der dargestellten Kanäle 11,11 je eine Windturbine 12, 12 angeordnet, die durch den Anteil 10 des Luftstroms 7 angetrieben wird und mit dem in ihr integrierten Generator Strom produziert. Damit liegt eine Windturbine im Inneren eines Fahrzeugs vor, die im Luftstrom der durch dessen Kühleröffnung einströmenden Fahrtluft angeordnet ist. Solch eine Windturbine 12, 12, die einen Generator aufweist, kann durch den Fachmann leicht für den konkreten Anwendungsfall bereit gestellt werden.
[0012] An Stelle der beiden Kanäle 11, 11 kann jedoch auch nur ein Kanal vorgesehen sein, der Fahrtwind von einem geeigneten Ort der Carrosserieoberfläche in den Innenbereich des Fahrzeugs leitet, und in welchem die Windturbine mit dem Generator angeordnet ist. Der Verlauf solch eines Kanals ist vom Grundsatz her beliebig und kann vom Fachmann nach den im Fahrzeug herrschenden konstruktiven und strömungstechnischen Gegebenheiten bestimmt werden.
[0013] Mit anderen Worten wird ein Fahrzeug mit einer Windturbine mit einem an dieser betriebsfähig angeordneten Generator bereitgestellt, die durch das Fahrzeug umströmenden Wind antreibbar ist und Energie des Fahrtwinds nutzt, die sich sonst (beim gezeigten Beispiel: durch Verwirbelung im Motorraum 1) verbrauchen würde. Der Luftwiderstand der Windturbinen 12, 12 erhöht im Vergleich zum durch die Verwirbelung im Motorraum 1 entstehenden Staudruck den Luftwiderstand des Fahrzeugs selbst unwesentlich oder gar nicht, so dass der durch die Windturbinen 12, 12 produzierte Strom positiv zur Energiebilanz des Fahrzeugs beiträgt.
[0014] Fig. 2 zeigt schematisch eine weitere Ausführungsform eines Fahrzeugs 15 mit einer erfindungsgemässen Windturbine 16, die in einem Aussenspiegel 17 angeordnet ist. Aussenspiegel besitzen z.B. bei grossen LKW's erhebliche Dimensionen, so dass eine erfindungsgemässe Anordnung durchaus bei der üblicherweise stundenlang dauernden Fahrt eines LKW messbar Treibstoff sparend wirken kann.
[0015] Die Figur zeigt, das im Gehäuse 18 des Spiegels 17 die gestrichelt dargestellten Bereiche 19 für Windströmung 20 durchlässig ausgebildet sind, so dass diese die Windturbine 16 antreiben kann. Hinter der Windturbine 16 tritt die Strömung durch seitliche Kanäle 21,21 wiederum aus dem Gehäuse 18 aus.
[0016] Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist es so, dass im Ergebnis trotz des höchstens leicht erhöhten Treibstoffverbrauchs Treibstoff eingespart werden kann, indem dem Fahrzeug von der Windturbine Strom zur Verfügung gestellt wird.
[0017] Fig. 3 zeigt schematisch ein weiteres Beispiel eines erfindungsgemässen Fahrzeugs 25 mit einer Windturbine mit einem Generator, wobei hier bevorzugt mehrere Windturbinen 29 neben einander angeordnet sind, derart, dass ein flächiger Luftstrom 26 die mehreren Windturbinen 29 gleichzeitig antreibt.
[0018] Während der Fahrt des Fahrzeugs 25 bildet sich eine im Wesentlichen laminare Strömung des Fahrtwinds 26 aus, die über das Dach 27 des Fahrzeugs fliesst. Fliesst der Fahrtwind 26 dann ungestört über den heute bei Fahrzeugen vielfach anzutreffenden gerundeten Heckbereich 28, ergibt sich dort ein Unterdruck, der den Fahrtwiderstand des Fahrzeugs 25 erhöht und/oder der einen unerwünschten Auftrieb erzeugt. Deshalb werden am Fahrzeug Spoiler vorgesehen, um diese unerwünschten Effekte zu stören und zu minimieren. Der Spoiler wirkt als Turbulator, der die laminare Strömung 26 stört, so dass hinter ihm eine turbulente Strömung 30 entsteht, die die negativen Effekte einer am Heckbereich 28 fliessenden laminaren Strömung 26 nicht mehr aufweist.
[0019] Erfindungsgemäss wird nun solch ein Spoiler mit einer oder mehreren Windturbinen 29 versehen, mit der Folge, dass diese am Fahrzeug 25 an einem Ort von im Wesentlichen laminarer Fahrtluftströmung 26 angeordnet sind, derart, dass die durch sie verursachte Störung in der Windströmung 26 eine turbulente Zone 30 verursacht, die den Strömungswiderstand oder Auftrieb des Fahrzeugs 25 vermindert. Damit ist solch eine Windturbine 29 als Turbulator ausgebildet.
[0020] Wiederum kann der Fachmann Luftführung und Anordnung einer oder mehrerer solcher Turbinen im konkreten Fall bestimmen; z.B. kann die laminare Strömung 26 in Kanälen gefasst und geeignet zu den Windturbinen 29 gebraucht werden, so dass der gewünschte Effekt im jeweiligen Fahrzeug optimal auftritt.
[0021] Fig. 4 zeigt schematisch eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemässen Fahrzeugs 30, mit einer an dessen Carosserie drehbar angeordneten Windturbine 31, die derart ausgebildet ist, dass sie sich in Richtung der jeweils herrschenden Windströmung dreht. Die Drehung wird im gezeigten Ausführungsbeispiel durch eine Windfahne 32 erzeugt. Damit kann im Stillstand des Fahrzeugs Strom erzeugt werden. Bevorzugt ist die Windturbine 31 zusammenfaltbar ausgebildet, derart, dass diese in einer gestrichelt angedeuteten Nische 33 des jeweiligen Carrosseriebereichs verborgen werden kann, wenn das Fahrzeug fährt.
[0022] Fig. 5 zeigt schematisch die Ansicht eines erfindungsgemässen Fahrzeugs 40 mit verschiedenen Luftführungskanälen. Fahrtwind 41 wird durch einen dachseitig vorgesehenen Kanal 42 gefasst und gegen das Heck 43 des Fahrzeugs 40 geleitet, wo er als Luftströmung 41 wieder austritt. Im Kanal 42 ist dabei erfindungsgemäss eine Windturbine vorgesehen, die die Energie des Fahrtwindes 41 aufnimmt und über den ihr zugeordneten Generator Strom produziert. Bevorzugt wird dabei der Auslass des Kanals 42 im Bereich des Hecks 43 angeordnet, nämlich dort, wo durch die Umströmung des Fahrzeugs 40 mit Fahrtwind Unterdruck herrscht. Dies bewirkt, dass der Luftwiderstand des Fahrzeugs 40 gesenkt werden kann.
[0023] Weiter wird Fahrtwind 44 durch die Kühleröffnungen 45 aufgenommen und ebenfalls bevorzugt im Bereich des Hecks 43 als Luftströmung 44 wieder gegen aussen abgegeben, so dass auch die Luftströmung 44 zum verminderten Luftwiderstand des Fahrzeugs 40 beiträgt.
[0024] Analog erfolgt dies für den Fahrtwind 46, der in die seitlich an der Carrosserie angeordnete Öffnung 48 eines weiteren Kanals eintritt und als Luftströmung 46 im Bereich des Hecks 43 wieder austritt. Dasselbe gilt für Fahrtwind 47, der in die im Bodenbereich des Fahrzeugs 40 vorgesehene Öffnung 49 eines noch weiteren Kanals eintritt und als Luftströmung 47 im Bereich des Hecks 43 wieder austritt.
[0025] Bei allen Ausführungsformen kann der Fachmann im konkreten Fall pro Kanal eine oder auch mehrere, hintereinander angeordnete Windturbinen vorsehen. Auch eine Kombination von nebeneinander angeordneten Windturbinen ist möglich.
[0026] Bei einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Fahrzeug mit einer Dachbox ausgestattet, wie sie z.B. verbreitet zum Transport von zusätzlichem Gepäck im Auto üblich ist. Dann kann die Dachbox an ihrer Vorderseite mit einer Windturbine ausgestattet sein, ähnlich der in Figur 2 (Aussenspiegel) gezeigten Ausführungsform. Weiter ist es erfindungs-gemäss möglich, solch eine Windturbine im Bereich zwischen der Dachbox und dem Dach anzuordnen, wiederum an Bereichen mit zum Vornherein erhöhtem Luftwiderstand, der im Vergleich zur Stromproduktion unwesentlich erhöht wird.
[0027] Erfindungsgemäss ist deshalb auch eine Dachbox mit einer Windturbine, die einen Generator aufweist.
[0028] Obschon in den Figuren als Automobile ausgebildete Fahrzeuge dargestellt sind, ist die Erfindung nicht auf solche beschränkt; alle Arten von Fahrzeugen, auch wenn schienengebunden oder auf dem Wasser verkehrend, fallen unter die vorliegend beschriebene Erfindung.
[0029] Ebenso ist in den Figuren als Windturbine eine einem Ventilator ähnliche Anordnung dargestellt, wobei die Erfindung nicht auf solch eine Konfiguration beschränkt ist. Jede geeignete Ausbildung einer Windturbine, die der Fachmann nach den Verhältnissen im konkreten Fall konzipiert, ist erfindungsgemäss.
The present invention relates to a vehicle such as an automobile, a commercial vehicle or other vehicle for the transport of persons or goods, whether it is on the road, on the water or on the rail. Such vehicles, in particular automobiles, trucks and also rail vehicles are being optimized on an ongoing basis for their energy consumption.
Frequently, the drive itself is improved, which has led to the known hybrid vehicles with additional electric drive. Likewise, the outer skin, in automobiles and trucks carrosserie, paid attention to keep them streamlined and thus low-resistance, resulting in lower energy consumption. However, such efforts are also limited insofar as that the cross-section of the vehicle can not be unconditionally designed for low flow resistance, otherwise the desired volume for loading and technology is not present, so volume and technology can be adjusted or changed at high cost have to.
Finally, vehicles are increasingly being equipped with solar cells to generate electricity with sufficient solar radiation, which otherwise has to be provided by the drive of the vehicle under appropriate fuel consumption. Although development in this area is progressing, solar cells are comparatively expensive and have high efficiency with high space requirements.
Accordingly, it is the object of the present invention to improve the energy efficiency of vehicles.
To solve this problem, the features of claim 1 serve.
By virtue of the fact that the vehicle has a wind turbine with a generator which can be driven by the wind flowing around the vehicle, it is possible to generate electricity which can be generated e.g. is fed directly into the battery, which over a longer period of time noticeably contributes to the positive energy balance of the vehicle. The preferred embodiments listed below are examples of how, in combination with other effects, the overall energy balance of the vehicle can be improved.
It shows:
<Tb> FIG. 1 <sep> a first embodiment of a vehicle according to the invention with a turbine arranged in the air flow of the radiator opening
<Tb> FIG. 2 <sep> another embodiment with an inventive arrangement on an exterior mirror of a vehicle
<Tb> FIG. 3 <sep> a still further embodiment with an inventive arrangement at the location of the spoiler of a vehicle
<Tb> FIG. 4 <sep> an embodiment of the inventive arrangement, suitable for a stationary vehicle
<Tb> FIG. 5 <sep> another embodiment of a vehicle according to the invention with different air ducts.
Fig. 1 shows a schematic view of the engine compartment 1 of an automobile, truck or car car with lateral Carrosserie 2, depending on a laterally disposed dome 3 for the struts of the chassis, an engine block 4 and an air-cooled radiator 5 with a radiator fan 6th arrows 7 symbolize the airstream, which flows around the car, and while driving from the front flows into a radiator opening 8, passes through them and further passes through the radiator 5 in cooling demand.
The cooling demand with the assistance of the radiator fan 6 is given only during a small part of the ride. Thus, the engine is decoupled from the radiator 5 during the warm-up phase by a thermostat, with sufficient cooling 5 is usually given even without operation of the on or off as required radiator fan 6 with coupled radiator.
Since the cooling system must be designed for high engine performance at high ambient temperature, the radiator opening 8 is designed for a correspondingly intensive air flow 7, which is at each, i. enters the engine compartment 1 even with low cooling requirement. In the vehicles according to the prior art, this incoming airflow 7 swirls in the engine compartment and exits downwards, out of the engine compartment 1 in the region of the chassis. Thus, the air flow 7 undergoes considerable resistance in the engine compartment 1, so that the radiator opening 8, although it can be flowed through by the airstream 7, contributes significantly to the air resistance coefficient cw formed by the front of the vehicle.
A basic idea of the invention is to capture the proportion 10 of the airflow 7 entering the engine compartment 1 in any case, which does not pass through the radiator 5 due to the current cooling requirement, in channels 11, 11 and laterally down out of the engine compartment 1 out. In each case, a wind turbine 12, 12 is arranged in both of the channels 11, 11 shown, which is driven by the portion 10 of the air flow 7 and produces electricity with the generator integrated in it. This is a wind turbine in the interior of a vehicle, which is arranged in the air flow of the incoming through the radiator opening travel air. Such a wind turbine 12, 12 having a generator can easily be provided by the skilled person for the specific application.
In place of the two channels 11, 11, however, only one channel can be provided, which directs wind from a suitable location of the bodywork surface in the interior of the vehicle, and in which the wind turbine is arranged with the generator. The course of such a channel is fundamentally arbitrary and can be determined by the person skilled in the art according to the prevailing structural and fluidic conditions in the vehicle.
In other words, a vehicle is provided with a wind turbine with an operatively arranged on this generator, which is driven by the wind vehicle wind and energy of the wind uses that otherwise consume (in the example shown by turbulence in the engine compartment 1) would. The aerodynamic drag of the wind turbines 12, 12 increases compared to the resulting by the turbulence in the engine compartment 1 dynamic pressure even insignificantly or not at all, so that the current produced by the wind turbines 12, 12 contributes positively to the energy balance of the vehicle.
Fig. 2 shows schematically another embodiment of a vehicle 15 with a wind turbine 16 according to the invention, which is arranged in an exterior mirror 17. Exterior mirrors have e.g. in large trucks considerable dimensions, so that an inventive arrangement can certainly be used in the usually lasting for hours driving a truck measurably fuel-saving.
The figure shows that in the housing 18 of the mirror 17, the areas 19 shown in broken lines for wind flow 20 are permeable, so that they can drive the wind turbine 16. Behind the wind turbine 16, the flow exits through lateral channels 21,21 again from the housing 18.
Also in this embodiment, it is such that, in effect, despite the maximum slightly increased fuel consumption fuel can be saved by the vehicle from the wind turbine power is provided.
Fig. 3 shows schematically another example of a vehicle according to the invention 25 with a wind turbine with a generator, in which case several wind turbines 29 are preferably arranged side by side, such that a planar air flow 26, the plurality of wind turbines 29 drives simultaneously.
During the travel of the vehicle 25, a substantially laminar flow of the wind 26 forms, which flows over the roof 27 of the vehicle. If the airstream 26 then flows undisturbed over the rounded rear area 28, which is often found in vehicles, there is a negative pressure which increases the travel resistance of the vehicle 25 and / or produces an undesired buoyancy. Therefore, spoilers are provided on the vehicle to disturb and minimize these undesirable effects. The spoiler acts as a turbulator, which disturbs the laminar flow 26, so that behind it a turbulent flow 30 is formed which no longer has the negative effects of a laminar flow 26 flowing at the rear region 28.
According to the invention, such a spoiler is now provided with one or more wind turbines 29, with the result that they are arranged on the vehicle 25 at a location of substantially laminar travel air flow 26, such that the disturbance caused by them in the wind flow 26th causes a turbulent zone 30, which reduces the flow resistance or buoyancy of the vehicle 25. Thus, such a wind turbine 29 is designed as a turbulator.
Again, the expert can determine air flow and arrangement of one or more such turbines in a specific case; e.g. For example, the laminar flow 26 may be channeled and appropriately used to the wind turbines 29 so that the desired effect optimally occurs in the particular vehicle.
Fig. 4 shows schematically another embodiment of a vehicle according to the invention 30, with a rotatably mounted on the body wind turbine 31, which is designed such that it rotates in the direction of the prevailing wind flow. The rotation is generated in the embodiment shown by a wind vane 32. This can be generated at standstill of the vehicle power. Preferably, the wind turbine 31 is formed collapsible, such that it can be hidden in a niche 33 indicated by dashed lines of the respective Carrosserie area when the vehicle is running.
Fig. 5 shows schematically the view of a vehicle according to the invention 40 with different air ducts. Fahrtwind 41 is taken through a roof side provided channel 42 and directed against the rear 43 of the vehicle 40, where it exits as air flow 41 again. In the channel 42 according to the invention, a wind turbine is provided, which receives the energy of the airstream 41 and produces electricity via its associated generator. In this case, the outlet of the channel 42 is preferably arranged in the region of the stern 43, namely where negative pressure prevails as a result of the flow around the vehicle 40 with a running wind. This causes the air resistance of the vehicle 40 to be lowered.
Further, airstream 44 is received by the radiator openings 45 and also preferably in the area of the rear 43 as air flow 44 again discharged to the outside, so that the air flow 44 contributes to the reduced air resistance of the vehicle 40.
Analogously, this is done for the wind 46, which enters the side of the car body arranged at the opening 48 of another channel and as air flow 46 in the area of the tail 43 exits again. The same applies to airflow 47, which enters into the opening 49 of an even further duct provided in the floor area of the vehicle 40 and exits again as an air flow 47 in the area of the stern 43.
In all embodiments, the person skilled in the specific case per channel one or more, consecutively arranged wind turbines provide. A combination of juxtaposed wind turbines is possible.
In a further embodiment of the present invention, the vehicle is equipped with a roof box, as e.g. common for transporting extra luggage in the car is common. Then, the roof box can be equipped at its front with a wind turbine, similar to the embodiment shown in Figure 2 (outside mirror). Furthermore, it is possible according to the invention to arrange such a wind turbine in the area between the roof box and the roof, again in areas with initially increased air resistance, which is insignificantly increased in comparison with the production of electricity.
Therefore, according to the invention is also a roof box with a wind turbine having a generator.
Although illustrated in the figures as automobiles vehicles, the invention is not limited to such; all types of vehicles, even when railbound or on the water, fall under the invention described herein.
Also, a fan-like arrangement is shown in the figures as a wind turbine, the invention is not limited to such a configuration. Any suitable design of a wind turbine, which is designed by those skilled in the circumstances in the specific case, according to the invention.