CN108137106A - 具有由排放气体供给的涡流生成器的空气动力学系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于机动车辆的空气动力学系统(1)，其能够被布置在车辆的至少一个车身元件(4)的至少一个分离区域(9)的附近。该系统包括至少一个借助于产生周期性空气喷流(15)的而产生涡流的涡流生成器(2)，来自所述车辆的排放管线出口的排放气体被提供给该涡流生成器。

Description

具有由排放气体供给的涡流生成器的空气动力学系统

技术领域

本发明涉及一种用于机动车辆的空气动力学系统。

背景技术

运动中的机动车辆遭受抵抗其前进的各种力。这些力尤其是空气动力学力以及轮子与地面接触时的固体摩擦力，空气动力学力一部分由空气在车辆车身壁上摩擦造成，另一部分由主要施加在车辆前部和后部的压强值造成。

在高速下，相对于其它力，这些空气动力学力变得占主导地位，显著地影响车辆的能耗。一部分空气动力学力是由空气在车辆后部的分离、再循环和纵向涡流产生的负压生成的。

正是由于这个原因所以机动车辆一般配备有空气动力学系统，该系统旨在使空气在车辆车身部件附近的流动变得容易，更准确地说旨在避免产生会造成能量损失并因此增大车辆能耗的涡流。

已知这些涡流可能会在由车辆车身部件的迎角中断处(ruptures d’incidence)标出的分离区域(régions de décollement)中产生。这些中断处(也被称作后缘或分离线)对应于部件的导致空气流动相对于壁的迎角中断的形状中断处(轮廓改变、凸起形状、部件终止处)。当车辆行驶时，这些分离区域在下游生成其中产生负压的涡流区域。该涡流区域包括剪切层和主回流涡流。

这样的区域尤其位于后保险杠的下部部分处(后保险杠中心处和/或侧弯曲端部处)。

为了改善后保险杠下部部分处的这些涡流区域中的空气流动，可力求通过调整车身部件的形状而使得所述后缘更薄或更长。传统的系统主要由布置在车辆后部的这些区域中的偏流器组成。

然而，这样的部件不能完全使涡流消失，并且从美观角度而言，是相对限制性的。而且，在后保险杠下部部分处，偏流器提供的有效性是有限的，这是因为与车辆的后部上部部分相反地，偏流器向着车辆后部(沿着车辆轴线X)的尺寸在下部部分处受限。

还由例如文献EP1740442B已知这样的空气动力学设备：其由一个或多个翼部组成，所述翼部形成至少一个涡流生成器并通常布置在机动车辆车身元件分离线上游。最常见的情况是，这些翼部可在收起位置与凸出位置之间移动，在凸出位置上，翼部作用于围绕车辆车身元件生成的涡流结构。

然而，这样的设备遇到体积、外观和如何集成到车身元件上的问题。例如，翼部在某些条件下是一定必须收起的，这必然需要复杂技术方案来使翼部具有可动性。

而且，与上部部分相反地，在下部部分处并不真的存在上游分离下限层。因此，在下部部分处使用专用于上部部分的该类型系统只能提供有限的有效性。

还由例如文献EP 1 873 044已知一种用于限制剪切层中的损失而不因此对车身部件强制要求特殊形状的空气动力学系统。这样的系统包括布置在车辆分离区域附近的机电装置。这些装置能够将电转换成允许产生空气喷流的压强波。该喷流允许减少在剪切层中产生的结构并降低在下游产生的涡流的强度。

然而，这样的解决方案要想有效需要求非常精确的定位，难以适应不同的车辆类型和/或不同的车辆行驶速度。

而且，该解决方案像基于涡流生成的解决方案一样，需要供能。

发明内容

本发明的目的在于通过提供一种更加有效的用于后部下部部分的空气动力学系统来解决这些缺陷，该系统不要求在车辆上额外地供能，并且不因此对车身部件强制要求特殊形状。

由此，本发明的主题在于一种用于机动车辆的空气动力学系统，其能够被布置在车辆的至少一个车身元件的至少一个分离区域的附近。该系统包括至少一个通过产生周期性空气喷流而生成涡流的涡流生成器，该涡流生成器由来自车辆排放管线出口的排放气体来供给。

该系统可另外还包括单独或组合地采用的一个或多个以下特征：

-涡流生成器是被动构件；

-涡流生成器由静态部件构成；

-涡流生成器是流体振荡器；

-通过排放气体输配器而将排放气体提供给涡流生成器，该排放气体输配器适于连接到所述车辆的排放管线出口；

-排放气体输配器包括用于连接到排放管线的连接装置和一旦连接到所述管线之后就大致垂直于排放管线的管状构件，该管状构件允许将来自车辆排放管线的排放气体输配到车辆宽度的至少一部分上；

-管状构件的尺寸被设计为用作排放罐消音器；

-涡流生成器取向成能将周期性空气喷流引导向分离区域；

-分离区域生成剪切层，并且所述涡流生成器取向成能将周期性空气喷流引导到剪切层中或向剪切层方向引导；

-周期性空气喷流生成涡流，并且所述涡流生成器取向成能使得涡流沿着预定方向向着剪切层移动，以使得涡流传播到剪切层中或向着剪切层传播；

-所述系统包括旁通系统，该旁通系统允许在不通过涡流生成器的情况下排走排放管线的气体；

-所述系统包括至少一个适于通过文氏管效应来驱动底层空气(air desoubassement)的开口；

-所述车身元件是后保险杠。

本发明还涉及一种配备有根据本发明的空气动力学系统的机动车辆。

附图说明

参照作为例子提供并绝无任何限制性的附图，将更好地理解本发明，在附图中：

图1是示出一辆配备有根据本发明的一个实施方式的空气动力学系统的机动车辆的后部的示意图；

图2是图1的一个细节，其更准确地示出该空气动力学系统；

图3是示出一辆配备有根据本发明的另一实施方式的空气动力学系统的机动车辆的后部的示意图；

图4是图1的一个细节，其更准确地示出该空气动力学系统；

图5示出在一个实施例中使用的流体振荡器几何形状。

具体实施方式

现在参照图1和图2，图1示出一辆配备有根据本发明的一个实施方式的空气动力学系统10的机动车辆15的后部，图2详细地示出该用于机动车辆的空气动力学系统10及其运作。

该空气动力学系统10能够被布置在车辆至少一个车身元件30的至少一个分离区域20附近(下游或上游)。在图1至4的例子中，车身元件30为车辆后保险杠。

分离区域20在下游(在空气流动的方向上，即从车辆前部向着车辆后部)生成剪切层50。该剪切层50构成以下两个区域之间的界面，在这两个区域中空气以不同的速度流通：

-位于车辆后部的涡流区域40，在该区域中空气缓慢地流通并产生负压；

-底层空气或车身部件30边缘上的侧向空气的流通区域45，在该区域中空气更快速地流通。

剪切层50因此位于涡流区域40的周边。

空气动力学系统10包括至少一个涡流生成器60，该涡流生成器通过产生周期性空气喷流70而生成涡流，并且来自于车辆排放管线90的出口的排放气体80被提供给该涡流生成器。

“周期性空气喷流”指以一个或多个给定频率生成的一组喷流和/或速度和方向可根据其自身频率变化的喷流。

围绕这样的空气喷流生成沿着空气喷流70移动的涡流72。

周期性空气喷流的产生可仅通过吹气、仅通过吸气、通过吹气和吸气、或通过振荡即通过喷嘴取向角度的变化(说的是围绕给定位置振荡的喷嘴)来实现。由此，涡流生成器60适于通过实现一系列吹气或吸气或吹气和吸气的周期性组合而周期性地产生空气喷流。

可使用不同类型的涡流生成器：流体振荡器，通过压电、电磁或静电效应膜生成合成喷流的生成器等。

根据一个优选实施方式，涡流生成器60是被动构件，即它在不被供能的情况下将来自排放管线90的出口的排放气体80转换成周期性空气喷流。涡流生成器60利用排放气体80的流量和压强来生成涡流。

为了降低不仅涡流生成器60而且排放气体出口的噪音滋扰，优选地使用仅由静态部件构成的涡流生成器60。实际上，即使是在被动构件中的可动部件也会生成噪音，将该噪音降低是有利的。

根据一个实施方式，涡流生成器60包括至少一个允许生成周期性空气喷流的流体振荡器。“流体振荡器”指包括振荡室、空气进入该室的入口、和空气离开该室的出口的构件。离开振荡室的空气是具有给定周期的周期性喷流，其也具有给定流量和给定速度。如图5所示，在振荡器出口处的喷流的取向随时间变化。振荡室包括能够使得进入的空气喷流通过反弹而振荡的多个壁。例如在以下文献中描述了这样的系统的例子：

B.C.Bobush等人.2013年“对流体振荡器内部的内流结构的实验研究”.流体实验.2013年6月(B.C.Bobush et al.2013“Experimental study of the internal flowstructures inside a fluidic oscillator”,Experiment in fluids,June 2013.)

在图5中示出了流体振荡器的振荡室的壁的几何形状的一个例子。上面的图示出振荡器在时刻t1的空气流，下面的图示出该振荡器在另一时刻t2的空气流。

流体振荡器的尺寸和几何形状根据多个参数来确定：

-排放管线出口处可用的空间；

-周期性空气喷流的速度；

-周期性空气喷流的频率；

-排放气体的流量、压强、温度和速度。

通过试错法或优选地通过建模而预先确定空气喷流的速度和频率。它们的数值被选择以最大地增大分离区域20的涡流区域40中的压强。

根据一个实施方式，通过排放气体输配器120而将排放气体提供给涡流生成器60。这样的输配器120适于以本领域专业人员已知的方式连接到车辆的排放管线90的出口。来自排放管线90的气体由此被完全收集到输配器120中。

根据图2的例子，排放气体输配器120为此包括用于连接到排放管线90的连接装置122，和优选地一旦连接到该管线之后就大致垂直于排放管线90的管状构件124(该构件因此沿着车辆轴线Y取向)。该管状构件124允许将来自车辆排放管线90的排放气体80输配到车辆宽度的至少一部分上。

如图3和4所示，该管状构件124也可在每个端部处包括竖直地(沿着车辆轴线Z)取向的管126。这些竖直管126允许将排放气体竖直地输配到车辆的侧向部分上(后保险杠弯曲端部处)。

在某些应用中，可将连接到涡流生成器60的管状构件124的尺寸设计为能降低排放噪音，并在该情况中替代排放罐消音器。

根据本发明，可通过使用排放管线和/或输配器120中的开口来增大振荡喷流的流量，该开口通过由排放气体流量产生的文氏管效应驱动底层空气45。该开口可被布置在流体振荡器的下游或上游处。根据一个例子(开口布置在上游)，排放管线可包括这样的开口：该开口允许底层空气被吸入然后被排放气体驱动到排放管线内部、然后进入输配器120。根据一个例子(开口布置在下游)，底层空气可被周期性空气喷流驱动。

为了进一步降低噪音滋扰，优选地在流体振荡器中使用没有尖锐棱的壁形状。

对于车辆的某些运行点，如果振荡器生成的反压过大，可保留引流管并创建旁通(bypass)系统，例如通过蝶阀。该阀门以主动的方式被车辆驾驶员操控。该旁通允许使得来自排放管线的气体直接回到车辆后部而不通过振荡器。该旁通还可以用于在更高的发动机转速下降低输出气体的速度或振荡频率。

该旁通还允许系统生成具有至少两个不同频率的空气喷流。一个是通过直接使用来自排放管线的被流体涡流生成器60调节的空气流量来生成；另一个是通过致动旁通系统的蝶阀产生起伏的反压来生成，该反压在输配器120中回升，使得涡流生成器60入口处的流量变化。

根据一个实施方式，空气动力学系统10可沿着给定方向取向，该给定方向可能地可根据行驶条件调节，以向着分离区域20的方向引导周期性空气喷流70。

优选地，空气动力学系统10可以取向成能将周期性空气喷流70引导到剪切层50中或朝着剪切层50的方向引导。被引导向车辆后部的每股周期性空气喷流70都生成涡流72，涡流生成器60取向成能使得涡流72沿着预定方向向着剪切层50移动，以使得涡流传播到剪切层50中或向着剪切层50传播。

Claims (14)

1.一种用于机动车辆的空气动力学系统(10)，能够被布置在车辆的至少一个车身元件(30)的至少一个分离区域(20)的附近，其特征在于，所述系统包括至少一个通过产生周期性空气喷流(70)而生成涡流的涡流生成器(60)，来自所述车辆的排放管线(90)出口的排放气体(80)被提供给所述涡流生成器。

2.如权利要求1所述的系统，其中，所述涡流生成器(60)是被动构件。

3.如权利要求2所述的系统，其中，所述涡流生成器(60)由静态部件构成。

4.如权利要求3所述的系统，其中，所述涡流生成器(60)是流体振荡器。

5.如上述权利要求中任一项所述的系统，其中，通过排放气体输配器(120)将所述排放气体(80)提供给所述涡流生成器(60)，该排放气体输配器适于连接到所述车辆的排放管线(90)的出口。

6.如权利要求5所述的系统，其中，所述排放气体输配器(120)包括用于连接到所述排放管线的连接装置(122)和一旦连接到所述管线之后就大致垂直于所述排放管线(90)的管状构件(124)，该管状构件(124)允许将来自所述车辆的排放管线(90)的排放气体输配到所述车辆的宽度的至少一部分上。

7.如权利要求6所述的系统，其中，所述管状构件(124)的尺寸被设计为用作排放罐消音器。

8.如上述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述涡流生成器(60)取向成能将所述周期性空气喷流(70)引导向所述分离区域(20)。

9.如权利要求8所述的系统，其中，所述分离区域(20)生成剪切层(50)，并且所述涡流生成器(60)取向成能将所述周期性空气喷流(70)引导到所述剪切层(50)中或向所述剪切层(50)的方向引导。

10.如权利要求9所述的系统，其中，所述周期性空气喷流(70)生成涡流(72)，并且所述涡流生成器(60)取向成能使得所述涡流(72)沿着预定方向向着所述剪切层(50)移动，以使得所述涡流传播到所述剪切层(50)中或向着所述剪切层(50)传播。

11.如上述权利要求中任一项所述的系统，该系统包括旁通系统，该旁通系统允许在不通过所述涡流生成器(60)的情况下排走所述排放管线(90)的气体(80)。

12.如上述权利要求中任一项所述的系统，该系统包括至少一个适于通过文氏管效应来驱动底层空气的开口。

13.如上述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述车身元件(30)是后保险杠。

14.一种配备有如上述权利要求中任一项所述的空气动力学系统(10)的机动车辆。