DE19633205A1 - Einrichtung zur Erzeugung von Antrieb an der Hinterachse eines Fahrzeuges - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erzeugung von Abtrieb an der Hinterachse eines Fahrzeuges gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Gemäß der DE-OS 23 40 308 ist es bekannt, zur Erzeugung von Abtrieb an der Hinterachse eines Fahrzeuges an der Heckoberseite einen Heckspoiler (Fest- oder Klappenspoiler) anzuordnen.

Der zumindest in der Wirkstellung gegenüber der ursprünglichen Heckkontur vorstehende Heckspoiler zeichnet sich durch eine gute Funktion aus. Nachteilig an dieser Anordnung ist jedoch, daß der Heckbereich des Fahrzeugs mit großem Aufwand und unter wesentlicher Beeinflussung des Fahrzeugstylings verändert werden muß, um den gewünschten Abtrieb an der Hinterachse zu erzielen.

Aufgabe der Erfindung ist es, an einem Fahrzeugheck solche Vorkehrungen zu treffen, daß unter Beibehaltung der Heckkontur der gewünschte Abtrieb an der Hinterachse gewährleistet ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere, die Erfindung in vorteilhafter Weise ausgestaltende Merkmale enthalten die Unteransprüche.

Die mit der Erfindung hauptsächlich erzielten Vorteile sind darin zu sehen, daß durch die Anordnung eines Strahlspoilers an der Heckoberseite die ursprüngliche Heckform erhalten bleibt und dennoch der gewünschte Abtrieb an der Hinterachse erzielt wird. Durch das Ausblasen eines scharf gebündelten Luftstrahles mit hohem Impuls erfolgt im Fahrbetrieb ab einer definierten Geschwindigkeit wie bei einem konventionellen Heckspoiler ein Aufstau und definierter Abriß der Heckumströmung und infolge dessen eine Abtriebswirkung an der Hinterachse.

Der ausgeblasene Luftstrahl ist etwa senkrecht zur Heckoberseite oder leicht nach vorne angestellt, wodurch der Coanda-Effekt beim Ausblasen bewußt vermieden wird. Der Coanda-Effekt wird üblicherweise dazu benutzt, um ein Abreißen der Strömung durch tangentiales Ausblasen weiter nach hinten zu verlagern, wodurch hauptsächlich der Luftwiderstandsbeiwert reduziert wird, der Hinterachsauftrieb aber steigt.

Der Strahlspoiler ist im Bereich der Hinterachse angebracht, so daß die Wirkungslinie der resultierenden Abtriebskraft möglichst nahe an der Hinterachse liegt.

Zur Erzeugung des notwendigen Ausblasimpulses sind bei akzeptablem Ausblase-Massenstrom sehr hohe Ausblasegeschwindigkeiten erforderlich, die zum Teil bis an die Schallgeschwindigkeit herangehen. Dies erfordert sehr kleine Spaltweiten s, die im Bereich von 0,1 mm s 5 mm liegen. Die zum Teil extrem kleinen Spaltweiten werden durch Erodieren oder Laserschneiden verwirklicht.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Es zeigen

Fig. 1 eine Seitenansicht auf ein Fahrzeug mit einem an der Heckoberseite angeordneten Strahlspoiler,

Fig. 2 eine Einzelheit X der Fig. 1 in größerem Maßstab, die das Grundprinzip des Strahlspoilers zeigt,

Fig. 3 ein Funktionsschaubild des Strahlspoilers bei etwa senkrecht zur Heckoberseite gerichtetem Luftstrahl,

Fig. 4 ein Funktionsschaubild des Strahlspoilers bei leicht nach vorne angestelltem Luftstrahl,

Fig. 5 einen Prinzipschnitt durch den Druckbehälter und den Ausblasespalt des Strahlspoilers,

Fig. 6 eine Ansicht in Pfeilrichtung R der Fig. 5, die den Heckbereich und den querverlaufenden Ausblasespalt zeigt,

Fig. 7 eine Prinzipdarstellung der Bauteile des heckseitigen Strahlspoilers,

Fig. 8 einen Schnitt durch einen mit einem herkömmlichen feststehenden Heckspoiler kombinierten Strahlspoiler und

Fig. 9 einen Schnitt durch einen mit einem schwenkbaren Heckspoiler kombinierten Strahlspoiler.

Fig. 1 zeigt ein durch einen Personenkraftwagen gebildetes Fahrzeug 1, welches an der Heckoberseite 2 mit einer Einrichtung 3 zur Erzeugung von Abtrieb an der Hinterachse 4 versehen ist.

Im Ausführungsbeispiel weist das Fahrzeug i ein Fließheck 5 auf. Das Heck könnte jedoch auch als Schrägheck, Steilheck oder Stufenheck ausgebildet sein.

Die Einrichtung 3 wird erfindungsgemäß durch einen Strahlspoiler 6 gebildet, der wie ein konventioneller Heckspoiler (Fest- oder Klappenspoiler) einen Aufstau und definierten Abriß der Heckumströmung und infolge dessen einen Abtrieb an der Hinterachse 4 bewirkt. Der Strahlspoiler 6 wird am Fahrzeug an der Heckoberseite 2 so plaziert wie ein konventioneller Heckspoiler.

Im Fahrbetrieb tritt ab einer definierten Geschwindigkeit durch einen Ausblasespalt 7 ein scharf gebündelter Luftstrahl L mit hoher Geschwindigkeit aus. Der Strahlspoiler 6 ist im allgemeinen stromab der Hinterachse 4 angeordnet. Eine optimale Abtriebswirkung ist dann gegeben, wenn die resultierende Abtriebskraft FR auf die Hinterachse 4 wirkt (Fig. 1).

Der Luftstrahl L ist etwa senkrecht zur Heckoberseite 2 gerichtet oder leicht nach vorne angestellt. Beim bekannten Coanda-Effekt erfolgt hingegen ein tangentiales Ausblasen des Luftstrahls, wodurch der Luftwiderstandsbeiwert reduziert wird.

Im Ausführungsbeispiel ist der Strahlspoiler 6 an einem heckseitigen Aufbauteil 8 vorgesehen, das feststehend oder schwenkbar ausgebildet sein kann (z. B. Heckklappe).

Der Strahlspoiler 6 setzt sich aus einem Druckerzeuger 9, einem Druckbehälter 10 und dem Ausblasespalt 7 zusammen. Der Ausblasespalt 7 ist gemäß den Fig. 2, 3 und 5 am heckseitigen Aufbauteil 8 vorgesehen und erstreckt sich in Fahrzeugquerrichtung vorzugsweise über einen wesentlichen Teil der Breite B des Fahrzeuges 1 (Fig. 6).

Es besteht auch die Möglichkeit, mehrere neben- bzw. hintereinander angeordnete Ausblasespalte 7 vorzusehen. Die Breite des Ausblasespalts 7 in Fahrzeugquerrichtung ist wesentlich größer als die Spaltweite s (B < < s).

Eine gute Funktion des Strahlspoilers 6 im Hinblick auf den Abtrieb an der Hinterachse 4 wird nur dann erzielt, wenn der Coanda-Effekt vermieden wird. Der Luftstrahl L darf nur in einem bestimmten Winkelbereich zur Heckoberseite 2 ausgeblasen werden. Dieser Winkelbereich wird außer von der Fahrgeschwindigkeit und der Heckform des Fahrzeugs 1 noch von dem ausgeblasenen Massenstrom und vor allem von der Ausblasegeschwindigkeit beeinflußt. Daher spielt die Spaltgeometrie (Spaltbreite B, Spaltweite s) des Ausblasespaltes 7 eine entscheidende Rolle.

Als relevanter Parameter für den Strahlspoiler 6 ist ferner der sogenannte Impulsbeiwert cµ zu betrachten, der das Verhältnis aus dem Impuls des Ausblasestrahls zum Impuls der ungestörten Anströmung darstellt.

Zur Erzeugung des notwendigen Ausblasimpulses sind sehr hohe Ausblasegeschwindigkeiten erforderlich, die zum Teil bis an die Schallgeschwindigkeit heranreichen. Dies erfordert sehr kleine Spaltweiten s, die im Bereich 0,1 mm s 5 mm liegen. Bei einem 1 : 1 Fahrzeug liegt die optimale Spaltweite s in einem Bereich von 0,4 mm bis 0,7 mm. Diese extrem kleinen Spaltweiten s werden beispielsweise durch Erodieren oder Laserschneiden verwirklicht.

Gemäß Fig. 5 ist der Druckbehälter 10 an die Innenseite der Heckkontur angeschlossen. Das Volumen des Druckbehälters 10 ist wesentlich größer als das Spaltvolumen. Der Druckbehälter 10 ist über eine Verbindungsleitung 11 mit dem Druckerzeuger 9 verbunden.

Für die Bereitstellung der zum Ausblasen notwendigen Energie ist neben einem elektrisch angetriebenen Kompressor 12 auch ein direkter Antrieb des Kompressors 12 über Motor oder Antriebswelle denkbar. Ebenso ist ein direkter Antrieb über einen Turbolader vorstellbar, zumal der Turbolader bei hohen Motordrehzahlen einen Leistungsüberschuß produziert. Die zuletzt genannten Antriebsarten haben den Vorteil, daß sie ein von der Fahrgeschwindigkeit abhängiges Ausblasen ermöglichen.

Zweckmäßigerweise wird die zum Ausblasen benötigte Luft am Unterboden, z. B. im Bereich des Heckdiffusors 13, entnommen. Die hierdurch relasierbare Absaugung bzw. Grenzschichtabsaugung dürfte bezüglich Widerstand und Abtrieb einen zusätzlichen positiven Sekundäreffekt bewirken.

Ferner kann die benötigte Luft durch Lufthutzen am Fondseitenteil oder im Unterbodenbereich bereitgestellt werden (nicht näher dargestellt).

Darüber hinaus kann die Wirkung des Strahlspoilers 6 verbessert werden, in dem er z. B. mit einem kurzen Festspoiler 14 oder einem ausfahrbaren Spoiler 15 kombiniert wird. Hierdurch kann der Coanda-Effekt ebenfalls vermieden werden (siehe Fig. 8 + 9).

Gemäß Fig. 5 weist die Heckkontur an der Innenseite des Ausblasespalts 7 gerundete Abschnitte 16 auf oder aber es sind gerundete Düseneinsätze beiderseits des Ausblasespaltes 7 vorgesehen.

Die Wirkung des Strahlspoilers 6 basiert auf einem aerodynamischen Effekt (Aufstau stromauf des Ausblasespalts) sowie einem Anteil, der durch den austretenden Impuls des Strahls (Impulsanteil) erzeugt wird. Durch ein Ausblasen schräg nach hinten (bezogen auf die Vertikale zur Fahrbahn) ergibt sich somit auch eine Impulskraft in Fahrtrichtung. Da der Impulsanteil jedoch erfahrungsgemäß eine Größenordnung kleiner als der aerodynamische Anteil ist, dürfte die damit verbundene Widerstandsreduzierung kaum ins Gewicht fallen.

Claims (18)

1. Einrichtung zur Erzeugung von Abtrieb an der Hinterachse eines Fahrzeuges, welche an der Heckoberseite benachbart einem Fahrzeugendbereich vorgesehen ist dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (3) durch einen Strahlspoiler (6) gebildet wird.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlspoiler (6) an einem heckseitigen Aufbauteil (8) vorgesehen ist.

3. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Strahlspoiler (6) aus einem Druckerzeuger (9), einem Druckbehälter (10) und einem Ausblasespalt (7) zusammensetzt.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Fahrbetrieb ab einer definierten Geschwindigkeit ein scharf gebündelter Luftstrahl (L) mit hohem Impuls durch den Ausblasespalt (7) austritt.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftstrahl (L) etwa senkrecht zur Heckoberseite (2) gerichtet ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftstrahl (L) leicht nach vorne stromauf gegenüber einer Konturnormalen (N) angestellt ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlspoiler (8) etwa im Bereich der Hinterachse (4) des Fahrzeuges (1) angebracht ist, dergestalt, daß die Wirkungslinie der resultierenden Antriebskraft (FR) möglichst nahe an der Hinterachse (4) liegt.

8. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlspoiler (6) wie ein konventioneller Heckspoiler (Fest-/ Klappenspoiler) einen Aufstau und definierten Abriß der Heckumströmung bewirkt und infolge dessen einen Abtrieb erzeugt.

9. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Ausblasespalt (7) in Querrichtung des Fahrzeuges (1) erstreckt und zwar über einen wesentlichen Teil der Breite (B) des Fahrzeuges (1).

10. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckerzeuger (9) über eine Verbindungsleitung (11) an den Druckbehälter (10) angeschlossen ist.

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckbehälter (10) ein wesentlich größeres Volumen aufweist als das Spaltvolumen.

12. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckbehälter (10) an die Innenseite eines angrenzenden Aufbauteils (8) dicht angeschlossen ist und daß der Ausblasespalt (7) am Aufbauteil (8) ausgebildet ist.

13. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausblasespalt (7) durch Erodieren, Laserschneiden oder dergleichen gebildet wird.

14. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Druckerzeuger (9) ein Kompressor (12) herangezogen wird.

15. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Ausblasen benötigte Luft durch Lufthutzen an der Fahrzeugoberseite oder am Unterboden, z. B. im Bereich des Heckdiffusors (13), entnommen wird.

16. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein fahrgeschwindigkeitsabhängiges Ausblasen des scharf gebündelten Luftstrahls (L) erfolgt.

17. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausblasegeschwindigkeit des Luftstrahls (L) von der Fahrgeschwindigkeit abhängig ist.

18. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spaltweite (S) im Bereich 0,1 mm s 5 mm, vorzugsweise in Bereich zwischen 0,4 mm bis 0,7 mm liegt.