DE19633205B4

DE19633205B4 - Einrichtung zur Erzeugung von Antrieb an der Hinterachse eines Fahrzeuges

Info

Publication number: DE19633205B4
Application number: DE1996133205
Authority: DE
Inventors: Michael Dipl.-Ing. Preiß; Thomas Dipl.-Ing. Wolf
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 1996-08-17
Filing date: 1996-08-17
Publication date: 2010-05-12
Anticipated expiration: 2016-08-18
Also published as: DE19633205A1

Abstract

Einrichtung zur Erzeugung von Abtrieb an der Hinterachse eines Fahrzeuges, welche an der Heckoberseite benachbart einem Fahrzeugendbereich vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Einrichtung (3) aus einem Druckerzeuger (9), einem Druckbehälter (10) und einem Ausblasespalt (7) zusammensetzt, wobei der an einem heckseitigen Aufbauteil (8) vorgesehene Ausblasespalt (7) sich in Querrichtung des Fahrzeuges (1) erstreckt und zwar über einen wesentlichen Teil der Breite (B) des Fahrzeuges (1) und dass im Fahrbetrieb ab einer definierten Geschwindigkeit ein scharf gebündelter Luftstrahl (L) mit hohem Impuls durch den Ausblasespalt (7) austritt, dergestalt, dass der Luftstrahl (L) etwa senkrecht zur Heckoberseite (2) oder leicht nach vorne stromauf gegenüber einer Konturnormalen (N) angestellt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erzeugung von Abtrieb an der Hinterachse eines Fahrzeuges gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Gemäß der DE 23 40 308 A1 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.
Die DE 27 26 507 A1 zeigt eine Vorrichtung zur Verbesserung der Bodenhaftung eines Fahrzeuges, wobei im Dachbereich ein sich quer zur Längsachse des Fahrzeuges erstreckender, angestellter Flügel vorgesehen ist. Zur Unterstützung der Abtriebswirkung ist der Flügel im Bereich seiner Hinterkante mit zumindest einer Strömungsöffnung versehen, die zusammen mit einem an sie angeschlossenen, im Fahrzeug befindlichen Luftströmungserzeuger einen parallel zu der Hinterkante verlaufenden flächenhaften Luftstrom mit einer aufwärts gerichteten Strömungskomponente erzeugt. Ferner ist bei dieser Anordnung im Bereich der Hinterkante des Flügels eine mechanische Klappe vorgesehen. Durch den Flügel und die Klappe wird das Styling des Fahrzeuges wesentlich verändert und der Luftwiderstand des Fahrzeuges wird erhöht.
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 eine Einrichtung mit den Merkmalen 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 Stahlspoilers 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 Lufstrahl 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
1 eine Seitenansicht auf ein Fahrzeug mit einem an der Heckoberseite angeordneten Strahlspoiler,
2 eine Einzelheit X der 1 in größerem Maßstab, die das Grundprinzip des Strahlspoilers zeigt,
3 ein Funktionsschaubild des Strahlspoilers bei etwa senkrecht zur Heckoberseite gerichtetem Luftstrahl,
4 ein Funktionsschaubild des Strahlspoilers bei leicht nach vorne angestelltem Luftstrahl,
5 einen Prinzipschnitt durch den Druckbehälter und den Ausblasespalt des Strahlspoilers,
6 eine Ansicht in Pfeilrichtung R der 5, die den Heckbereich und den querverlaufenden Ausblasespalt zeigt,
7 eine Prinzipdarstellung der Bauteile des heckseitigen Strahlspoilers,
8 einen Schnitt durch einen mit einem herkömmlichen feststehenden Heckspoiler kombinierten Strahlspoiler und
9 einen Schnitt durch einen mit einem schwenkbaren Heckspoiler kombinierten Strahlspoiler.
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 1 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 (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 2, 3 und 5 am heckseitigen Aufbauteil 8 vorgesehen und erstreckt sich in Fahrzeugquerrichtung über einen wesentlichen Teil der Breite B des Fahrzeuges 1 (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 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 8 + 9).
Gemäß 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

Einrichtung zur Erzeugung von Abtrieb an der Hinterachse eines Fahrzeuges, welche an der Heckoberseite benachbart einem Fahrzeugendbereich vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Einrichtung (3) aus einem Druckerzeuger (9), einem Druckbehälter (10) und einem Ausblasespalt (7) zusammensetzt, wobei der an einem heckseitigen Aufbauteil (8) vorgesehene Ausblasespalt (7) sich in Querrichtung des Fahrzeuges (1) erstreckt und zwar über einen wesentlichen Teil der Breite (B) des Fahrzeuges (1) und dass im Fahrbetrieb ab einer definierten Geschwindigkeit ein scharf gebündelter Luftstrahl (L) mit hohem Impuls durch den Ausblasespalt (7) austritt, dergestalt, dass der Luftstrahl (L) etwa senkrecht zur Heckoberseite (2) oder leicht nach vorne stromauf gegenüber einer Konturnormalen (N) angestellt ist.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (3) 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.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (3) wie ein konventioneller Heckspoiler (Fest-/Klappenspoiler) einen Aufstau und definierten Abriss der Heckumströmung bewirkt und infolge dessen einen Abtrieb erzeugt.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckerzeuger (9) über eine Verbindungsleitung (11) an den Druckbehälter (10) angeschlossen ist.
Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckbehälter (10) ein wesentlich größeres Volumen aufweist als das Spaltvolumen.
Einrichtung nach Anspruch 5, 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.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausblasespalt (7) durch Erodieren oder Laserschneiden gebildet wird.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Druckerzeuger (9) ein Kompressor (12) herangezogen wird.
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.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein fahrgeschwindigkeitsabhängiges Ausblasen des scharf gebündelten Luftstrahls (L) erfolgt.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausblasegeschwindigkeit des Luftstrahls (L) von der Fahrgeschwindigkeit abhängig ist.
Einrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spaltweite (S) im Bereich 0,1 mm ≤ s ≤ 5 mm, vorzugsweise im Bereich zwischen 0,4 mm bis 0,7 mm liegt.