DE4120472A1

DE4120472A1 - Reduction of air flow resistance at car rear - uses delayed boundary layer entrained in flow direction in region of rounded wall sections

Info

Publication number: DE4120472A1
Application number: DE19914120472
Authority: DE
Inventors: Michael Dipl Ing Dr Wessels
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1991-06-21
Filing date: 1991-06-21
Publication date: 1992-07-02
Also published as: DE9116515U1

Abstract

The air flow resistance at the car rear is reduced by influencing the air flow path, in which rounded sections (5,6) are formed by rotary cylindrical drums (7,8) extending across the width of the vehicle. Cross-flow blowers (14,15) deliver air which is sucked via air inlets (16) provided on the sides of the vehicle to generate boundary layers, delyaed by the blown-in kinetic energy. ADVANTAGE - Increased efficiency with reduced energy application.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reduzieren des Strö mungswiderstandes im Heckbereich eines Fahrzeuges gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie eine diesbezügliche Vorrich tung.The invention relates to a method for reducing the current resistance in the rear area of a vehicle according to Preamble of claim 1, and a related Vorrich tung.

Verfahren und Vorrichtung der vorgenannten Art sind aus der DE-PS 38 37 729 bekannt. Bei dem bekannten Verfahren wird zur Reduzierung des Strömungswiderstandes im gerundeten Übergangs bereich zur Fahrzeugheckwand der Coanda-Effekt ausgenutzt, um in Verbindung mit im Bereich der Ablöselinie des Fahrzeugshecks erfolgender tangentialer Luftausströmung ein Hineinführen der Luftströmung in den Totwasserbereich und dadurch eine Verklei nerung desselbens zu erreichen.Method and device of the aforementioned type are from the DE-PS 38 37 729 known. In the known method Reduction of flow resistance in the rounded transition area to the rear wall of the vehicle used the Coanda effect in connection with in the area of the release line of the rear of the vehicle tangential air flow leading in Air flow in the dead water area and therefore a wedging to achieve the same.

Die Nutzung des Coanda-Effekts setzt für die Grenzschichtaus blasung recht hohe Luftgeschwindigkeiten voraus, um der Grenz schicht die notwendige Menge kinetischer Energie zuführen zu können, die für eine signifikante Verringerung des Strömungs widerstandes notwendig ist. Dies bedingt hohe Gebläseleistun gen, und soll letztlich nur in Verbindung damit zum Erfolg füh ren, daß zugleich ein Grenzschichtabsaugen durchgeführt wird, bei dem die ausgeblasene und in das Totwassergebiet abgelenkte Luft über die Heckfläche aus dem Totwassergebiet abgesaugt wird. Eine solche Wirkungsweise bedingt weitgehende konstruktive Einschränkungen in der Gestaltung des Fahrzeugs hecks, insbesondere im Bereich von dessen verrundetem Übergang.The use of the Coanda effect interrupts the border layer blowing quite high air speeds ahead to the limit layer to supply the necessary amount of kinetic energy can be used for a significant reduction in flow resistance is necessary. This requires high blower output and should ultimately only lead to success in connection with it ren that boundary layer suction is carried out at the same time, where the blown out and deflected into the dead water area Air is extracted from the dead water area via the rear surface becomes. Such an mode of operation requires extensive constructive restrictions in the design of the vehicle rear, especially in the area of its rounded transition.

Weiterhin kann, mit der Absaugung eine Druckabsenkung auf der Heckfläche verbunden sein was, die angestrebten Effekte vermin dert.Furthermore, a reduction in pressure on the Rear surface connected what, the desired effects min different.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein solches Verfahren dahingehend weiterzubilden, daß mit verringertem Energieeinsatz eine höhere Effizienz erreicht wird.The object of the invention is such a method to further develop that with reduced energy consumption higher efficiency is achieved.

Erreicht wird dies bei einem Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 durch dessen kennzeichnende Merkmale, wobei im abgerundeten Wandbereich durch dessen Bewegung analog zur tan gentialen Ausblasgeschwindigkeit eine Führung der Luft erreicht wird, die zu einer deutlichen Verkleinerung des Totwasserberei ches führt.This is achieved with a method according to the generic term of claim 1 by its characterizing features, wherein in rounded wall area due to its movement analogous to the tan potential blowing speed a guidance of the air that will lead to a significant reduction in dead water ches leads.

In Durchführung des Verfahrens schlägt die Erfindung eine Vor richtung gemäß dem Anspruch 2 vor, bei der die verrundeten Über gangswandbereiche jeweils durch die Wandung einer rotierenden Trommel gebildet sind, wobei die Oberfläche dieser Trommel be vorzugt rauh gehalten ist.In carrying out the method, the invention proposes one direction according to claim 2, in which the rounded over corridor wall areas each through the wall of a rotating Drum are formed, the surface of this drum be is preferably kept rough.

Über die Trommel wird die diese tangential anströmende Grenz schichtluftmenge quasi in den Heckbereich mit hineingezogen und führt dort zu einer wesentlichen Verkleinerung des Totwas serbereiches, da analog zur Grenzschicht die das Fahrzeug um strömende Luft in starkem Maße ebenfalls in den hinter dem Heck bereich liegenden Raum einströmt und dadurch den Totwasserbe reich wesentlich verkleinert.The tangential boundary flowing over the drum becomes layer air quantity virtually pulled into the rear area and there leads to a substantial reduction in dead water water range, since the vehicle moves around the boundary layer flowing air to a large extent also in the rear behind area flows in and thereby the dead water richly reduced.

In Ausgestaltung der Erfindung erweist es sich als zweckmäßig, wenn der Ober- und der Unterseite des Heckbereichs jeweils eine solche Trommel zugeordnet ist, mit dem zugehörigen Gebläse, das bevorzugt als Querstromgebläse ausgebildet ist.In an embodiment of the invention, it proves to be expedient if the top and bottom of the rear area each one such drum is associated with the associated blower that is preferably designed as a cross-flow fan.

Trommel und Gebläse können in Abhängigkeit von der Fahrgeschwin digkeit in einfachster Weise über den Achsantrieb mit angetrie ben sein, wobei für Trommel und Gebläse die Drehzahl derart bestimmt wird, daß einmal die Ausblasgeschwindigkeit, an der Mündung des Ausblaseschlitzes, bevorzugt 20 bis 50 Prozent über der Geschwindigkeit der Außenströmung, und damit in etwa der Fahrzeuggeschwindigkeit liegt, und wobei des weiteren die Um fangsgeschwindigkeit der Trommel bevorzugt ebenfalls 20 bis 50 Prozent über der Geschwindigkeit der Außenströmung liegt.Drum and blower can depend on the driving speed in the simplest way via the final drive with driven ben be, the speed for drum and blower such it is determined that once the blowing speed at which Mouth of the blow-out slot, preferably 20 to 50 percent above the speed of the external flow, and thus approximately the Vehicle speed is, and further the Um traction speed of the drum is also preferably 20 to 50 Percent above the speed of the outside flow.

Die Verringerung des hinter dem Fahrzeughecks liegenden Totwas serbereiches durch Verbesserung der Umströmung des Fahrzeug hecks mittels im gerundeten Übergangsbereich zum Heck angeord neter zylindrischer, angetriebener Walzen ist an sich bekannt (US-PS 25 69 983).The reduction in dead water behind the rear of the vehicle water range by improving the flow around the vehicle rear arranged in the rounded transition area to the rear Neter cylindrical, driven rollers are known per se (US-PS 25 69 983).

Bei der bekannten Lösung wird zur Verbesserung des Mitnahmeef fektes vorgesehen, aus am Fahrzeug gegebenen Überdruckzonen Luft auf die Anströmseite der Zylinderwalzen zu führen. Hier durch kann zwar bis zu einem gewissen Umfang über den sich um die Trommel aufbauenden Luftmantel ein gewisser Mitnahmeeffekt erreicht werden. Dieser ist aber deutlich schwächer als bei der Erfindung, wo durch die tangentiale Beaufschlagung der Zylinder trommeln über die vom Gebläse geförderte Luft die die Zylinder trommel umfließende Grenzschicht der Umströmungsluft des Fahr zeuges schon beschleunigt ist, bevor sie von der Trommel mit geführt wird, wobei durch eine mitschleppende Wirkung der Trom mel eine Ablösung der Grenzschicht weit in den Heckwandbereich hinein vermieden wird. In the known solution to improve the Mitnahmef provided from overpressure zones given on the vehicle Lead air to the upstream side of the cylinder rollers. Here through can to a certain extent about the the air jacket building the drum has a certain entrainment effect can be achieved. However, this is much weaker than that of the Invention where by the tangential action on the cylinder the cylinders are drumming over the air conveyed by the blower boundary layer of the air flowing around the driver stuff is already accelerated before using the drum is performed, with a dragging effect of the Trom a detachment of the boundary layer far into the rear wall area is avoided.

In der Kombination des Grenzschichtsausblasen einerseits und der geführten Mitnahme der Grenzschicht andererseits liegt so mit eine besonders wirkungsvolle und energiesparende Möglich keit zur Verringerung des Totwasserbereiches und damit zur Ver besserung des Gesamtluftwiderstandes für ein Fahrzeug.In the combination of blowing out the boundary layer on the one hand and the guided entrainment of the boundary layer is on the other hand with a particularly effective and energy-saving option speed to reduce the dead water area and thus to ver Improve the overall air resistance for a vehicle.

Die Erfindung wird anhand einer schematischen Darstellung, die in Seitenansicht den Heckbereich eines Fahrzeuges zeigt, im folgenden näher erläutert.The invention is based on a schematic representation that shows the rear area of a vehicle in side view, in following explained in more detail.

Das insgesamt mit 1 bezeichnete Fahrzeug weist eine Außenhaut 2 auf, die, bezogen auf die gezeigte Seitenansicht, für die Ober- und die Unterseite des Fahrzeuges leicht gegeneinander geneigt gegen das Heck 3 verläuft. Das Heck 3 weist in üblicher Weise eine Heckwand 4 auf, die in die Ober- und die Unterseite durch verrundete Abschnitte 5, 6 übergeht. Die verrundeten Abschnitte 5, 6 sind im gezeigten schematischen Ausführungsbeispiel durch Sektoren rotierbarer, zylindrischer Trommeln 7, 8 gebildet, die sich im wesentlichen über die Breite des Fahrzeuges erstrecken und an die sich die Außenhaut 2 mit ihrer Ober- und Unterseite nahezu tangential auslaufend anschmiegt, wobei zwischen dem jeweiligen Ende 10, 11 der Außenhaut und dem Trommelumfang je weils ein Schlitz 12, 13 verbleibt, auf den ein vorgelagertes Luftgebläse 14, 15, im Ausführungsbeispiel als Querstromgebläse ausgebildet, Luft fördert. Die Luft wird von den Gebläsen 14, 15 zum Beispiel über im Bereich der Fahrzeugseitenwand vorge sehene Lufteinlässe 16 angesaugt, von denen einer gestrichelt schematisch angedeutet ist und die vorzugsweise in Bereichen möglichst hohen Drucks der Fahrzeugaußenhaut liegen.The vehicle, designated overall by 1 , has an outer skin 2 which, based on the side view shown, runs slightly inclined toward the rear 3 for the top and bottom of the vehicle. The rear 3 has in the usual way a rear wall 4 which merges into the top and the bottom through rounded sections 5 , 6 . In the schematic exemplary embodiment shown, the rounded sections 5 , 6 are formed by sectors of rotatable, cylindrical drums 7 , 8 which essentially extend over the width of the vehicle and to which the outer skin 2 clings with its upper and lower sides tapering almost tangentially, whereby between the respective end 10 , 11 of the outer skin and the drum circumference, a slot 12 , 13 remains, on which an upstream air blower 14 , 15 , in the exemplary embodiment designed as a cross-flow blower, promotes air. The air is sucked in by the blowers 14 , 15, for example, via air inlets 16 provided in the region of the vehicle side wall, one of which is indicated schematically by dashed lines and which are preferably in areas of the highest possible pressure of the vehicle outer skin.

Der Einfachheit halber kann im Rahmen der Erfindung für die bezogen auf ihre Masse möglichst klein gehaltenen Trommeln 7, 8 und die Gebläse 14, 15 ein gemeinsamer, vom Achsantrieb des Fahrzeuges abgezweigter Antrieb vorgesehen werden. Dieser insgesamt mit 17 bezeichnete Antrieb ist in der Zeichnung sche matisch angedeutet und umfaßt, als bevorzugtes Ausführungsbei spiel, einen Zahnriementrieb, der von der Achse 18 auf die im Ausführungsbeispiel untere Trommel 8 geführt. Die Trommel 8 ist über einen gekreuzten Zugmitteltrieb, bevorzugt wiederum einen Zahnriementrieb mit den Trommeln 7, 8 derart verbunden, daß diese gegenläufig rotieren. Von den Trommeln sind vorzugsweise die Antriebe für die diesen zugeordneten Gebläse 14, 15 abge zweigt, die wiederum über Zahnriemengetriebe gebildet sein kön nen, wobei die Gebläse jeweils gegensinnig zu den Trommeln ro tieren.For the sake of simplicity, a common drive branched from the axle drive of the vehicle can be provided within the scope of the invention for the drums 7 , 8 and the blowers 14 , 15 which are kept as small as possible in relation to their mass. This drive, designated as a whole by 17 , is indicated mathematically in the drawing and includes, as a preferred embodiment, a toothed belt drive which is guided from the axis 18 to the lower drum 8 in the exemplary embodiment. The drum 8 is connected to the drums 7 , 8 in such a way that they rotate in opposite directions via a crossed traction mechanism drive, preferably in turn a toothed belt drive. From the drums are preferably the drives for the blowers 14 , 15 associated with them, which in turn can be formed via toothed belt transmissions, the blowers each rotating in opposite directions to the drums.

Im Rahmen der Erfindung erweist es sich als zweckmäßig, in die Antriebsverbindung von der Achse 18 zur Trommel 8, vorzugweise der Achse der Trommel 8 zugeordnet, einen Freilauf vorzusehen, so daß die Bremsleistung des Fahrzeugs durch die rotierenden Massen der Gebläse und Trommeln nicht beeinträchtigt wird. Dar über hinaus kann es von Vorteil sein, eine Bremseinrichtung für die Trommeln 7, 8 vorzusehen, die die Trommeln automatisch be aufschlagt, sobald das Fahrzeug stillgesetzt wird. Hierdurch wird der Verletzungsgefahr durch Berühren der Trommeln begeg net, die bevorzugt eine aufgerauhte, beispielsweise narbenför mige Oberfläche haben, um bestmögliche Übertragung der kineti schen Energie auf die Grenzschicht zu erreichen.In the context of the invention, it proves to be expedient to provide a freewheel in the drive connection from the axis 18 to the drum 8 , preferably assigned to the axis of the drum 8 , so that the braking performance of the vehicle is not impaired by the rotating masses of the blowers and drums . In addition, it may be advantageous to provide a braking device for the drums 7 , 8 , which opens the drums automatically as soon as the vehicle is stopped. As a result, the risk of injury is countered by touching the drums, which preferably have a roughened, for example scar-shaped surface, in order to achieve the best possible transfer of the kinetic energy to the boundary layer.

Im Hinblick auf eine möglichst geringe Masse der Trommeln er weist es sich als zweckmäßig, wenn diese beispielsweise aus dünnwandige Rohre aus kohlefaserverstärktem Kunststoff herge stellt werden.With regard to the smallest possible mass of the drums he it proves to be useful if, for example thin-walled tubes made of carbon fiber reinforced plastic be put.

Das dargestellte Ausführungsbeispiel veranschaulicht, wie über die Trommeln die umströmende Luft sehr weit in den Heckbereich hinein mitgenommen wird, so daß der verbleibende Totwasserbe reich verhältnismäßig klein wird. The illustrated embodiment illustrates how about the drums the air flowing very far into the rear area is taken in so that the remaining dead water rich becomes relatively small.

Die Trommeln können bei der Erfindung nicht nur den oberen und unteren, sondern auch den seitlichen Ablöselinien des Fahrzeug hecks zugeordnet sein. Letzteres ist im Ausführungsbeispiel nicht gezeigt. Besonders bei Zuordnung zur oberen und unteren Ablöselinie ergibt sich auch eine Reduzierung des Auftriebs, da die im Nahbereich der Ausblaseschlitze auftretende Druckabsen kung sich auf der Fahrzeugunterseite erheblich stärker stromauf wärts ausbreitet als an der Fahrzeugoberseite. Besonders stark ist dieser Effekt also, wenn die der oberen Ablöselinie zuge ordnete Trommel entfällt, die der unteren Ablöselinie zugeord nete Trommel also beispielsweise in Verbindung mit den seit lichen Ablöselinien zugeordneten Trommeln eingesetzt wird.The drums can not only the top and the invention lower, but also the lateral release lines of the vehicle be assigned to the rear. The latter is in the embodiment Not shown. Especially when assigning to the upper and lower Transfer line also results in a reduction in buoyancy, because the pressure drops occurring in the vicinity of the blow-out slots upstream on the underside of the vehicle spreads out than on the top of the vehicle. Especially strong is this effect when the upper detachment line is drawn ordered drum, which is assigned to the lower peel line Nete drum, for example, in connection with the drums assigned to release lines.

Claims

1. A method for reducing the flow resistance in the rear area of a vehicle by influencing the flow course, in which to increase the total Bernese pressure and thus to reduce the pressure resistance in the rear area, a boundary layer blowing is carried out in such a way that air in the area of the release line of the vehicle rear Tangenti aler direction is blown out at such a high speed that the delayed boundary layer is supplied with kinetic energy and that the blown-out air is then cut off from its original tangential flow direction along rounded wall sections with the rear area wall into the dead water area to reduce the size thereof, characterized in that the delayed boundary layer is carried in the region of the rounded wall sections by moving the same in the flow direction, analogously to the tangential blowing speed, the running speed of the rounded nd, moving wall sections is greater than the speed of the external flow and blow-out and running speed depending on the speed of the external flow are proportional to this variable.

2.Device for reducing the flow resistance in the rear area of a vehicle, in which, in the transition to the outer wall of the rear of the vehicle adjacent to the dead water area, slot-like blow-out openings are arranged in the area of the release line of the rear of the vehicle for tangential blowing out of the air with respect to a subsequent transition wall area, the blowers of which are upstream, characterized in that the rounded transition wall areas ( 5 , 6 ) are each formed by the wall of a rotatable drum ( 7 , 8 ).

3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the drums ( 7 , 8 ) can be raised in speed with the speed of the vehicle.

4. The device according to claim 2, characterized in that the drum ( 7 , 8 ) and blower ( 14 , 15 ) can be raised in their speed with the vehicle speed.

5. The device according to claim 2, characterized in that the drums ( 7 , 8 ) on the drum circumference have rough, in particular grained surfaces.

6. The device according to claim 2, characterized in that the drums ( 7 , 8 ) are coupled via a freewheel connection to the vehicle drive.

7. The device according to claim 2, characterized in that the drive for the drums ( 7 , 8 ) is branched off from the axle drive of the vehicle ( 1 ).

8. The device according to claim 2, characterized in that the drums ( 7 , 8 ) of the upper and lower separation line of the rear of the vehicle are assigned.

9. The device according to claim 2, characterized, that the drums the lateral release lines of the rear of the vehicle assigned.