DE102017103881A1

DE102017103881A1 - Kraftfahrzeug mit frontseitigem Diffusor

Info

Publication number: DE102017103881A1
Application number: DE102017103881.7A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Harter; Mathias Roll; Michael Soso
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2017-02-24
Filing date: 2017-02-24
Publication date: 2018-08-30
Also published as: US10450011B2; FR3063271B1; US20180244325A1; FR3063271A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug (1) mit einem frontseitigen, zu einem Boden hin offenen Diffusor (7) sowie mit einer im Bereich des Diffusors (7) angeordneten Einrichtung zum Verändern des Abtriebs des Kraftfahrzeugs im Bereich einer Vorderachse des Kraftfahrzeugs.
Bei einem solchen Kraftfahrzeug ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Einrichtung eine Luftleitung (12) mit einem Einlass (13) im Bereich eines frontseitigen Überdruckgebiets des Kraftfahrzeugs und einen Auslass (14) im Bereich des Diffusors (7) sowie Mittel (16) zum Öffnen und Schließen der Luftleitung (12) aufweist.
Bei einem derartigen Kraftfahrzeug ist, bei einfacher baulicher Gestaltung und unkomplizierter Handhabung der Einrichtung, der Abtrieb des Kraftfahrzeugs im Bereich der Vorderachse veränderbar.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einem frontseitigen, zu einem Boden hin offenen Diffusor, sowie mit einer im Bereich des Diffusors angeordneten Einrichtung zum Verändern des Abtriebs des Kraftfahrzeugs im Bereich einer Vorderachse des Kraftfahrzeugs.
Bei Sportwagen wird in aller Regel ein Diffusor im Frontbereich des Kraftfahrzeugs, insbesondere im Bereich einer vorderen Radhausschale eingesetzt. Dieser erhöht neben einem Abtrieb an einer Vorderachse des Kraftfahrzeugs, aufgrund des Achshebels, auch einen Auftrieb an der Hinterachse des Kraftfahrzeugs. Um den Auftrieb zu kompensieren, ist es erforderlich, einen Heckspoiler steiler, somit abtriebsfördernd einzustellen. Aus gesetzlichen Gründen, insbesondere der Sichtbarkeit einer hochgesetzten dritten Bremsleuchte, ist dies jedoch nur begrenzt möglich. Demzufolge ist es erforderlich, die Wirkung des Diffusors zu begrenzen.
Um dem Fahrer den maximalen Abtrieb anbieten zu können, ist es bekannt, den Heckspoiler im Rennstreckenbetrieb über den gesetzlichen Wert hinaus zu verstellen. Um die aerodynamische Fahrzeugbalance wiederherzustellen, muss im gleichen Maße Abtrieb an der Vorderachse generiert werden. Dies erfolgt bei einem aus der Praxis bekannten Sportwagen durch Demontage eines im Radhausschalendiffusor befindlichen L-Profils. Allerdings ist das Demontieren und Montieren des L-Profils aufgrund der Zugänglichkeit von Befestigungsschrauben durch eine geringe Bodenfreiheit des Kraftfahrzeugs deutlich eingeschränkt, sodass hierfür eine Hebebühne benötigt wird. Abgesehen hiervon muss ein demontiertes L-Profil sicher aufbewahrt werden.
Aus der WO 2016/020520 A1 ist bei einem Kraftfahrzeug bekannt, einen Kanal zwischen zwei Staulippen vorzusehen, wobei über eine Variation der Staulippengröße das Strömungsverhalten variiert werden kann. Der Kanal kann als Diffusor ausgebildet sein, der zu einer Fahrzeugunterseite geöffnet ist.
In der DE 10 2014 110 199 A1 ist ein Kraftfahrzeug mit einem front- und einem heckseitigen Diffusor beschrieben, wobei diese jeweils um eine Schwenkachse verstellbar sind, um eine Luftströmung zu leiten.
Aus der DE 10 2014 111 073 A1 ist es bekannt, eine Luftströmung eines Fahrzeugs über Leitelemente zu beeinflussen, wobei die Leitelemente verstellbar sind. Dabei sind die Leitelemente an einem Radkasten angeordnet.
Die DE 10 2012 102 668 A1 zeigt verstellbare Klappen in einem unteren Bereich eines Kraftfahrzeugs, welche in einem Luftleitkanal angeordnet sind und Frontdiffusoren bilden. Durch die Verschwenkung der Klappen kann das Auf- bzw. Abtriebsverhalten des Fahrzeugs beeinflusst werden.
Aus der DE 197 05 268 A1 ist es ferner bekannt, einen Luftstrom mit einem zweiten Luftstrom zusammenzuführen, um das Strömungsverhalten eines Kraftfahrzeugs zu beeinflussen. Dabei bildet der erste Luftstrom einen Luftkeil, um welchen der zweite Luftstrom herumgeleitet wird. Dabei ist eine Umlenkschaufel vorgesehen, um einen Vorderachsauftrieb zu verhindern.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Kraftfahrzeug der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass bei einfachster baulicher Gestaltung und unkomplizierter Handhabung der Einrichtung der Abtrieb des Kraftfahrzeugs im Bereich der Vorderachse veränderbar ist.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Kraftfahrzeug, das gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 ausgebildet ist.
Bei dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug ist vorgesehen, dass die Einrichtung eine Luftleitung mit einem Einlass im Bereich eines frontseitigen Überdruckgebiets des Kraftfahrzeugs und einen Auslass im Bereich des Diffusors sowie Mittel zum Öffnen und Schließen der Luftleitung aufweist.
Die Erfindung macht sich die Erkenntnis zunutze, dass sich im Frontbereich eines fahrenden Kraftfahrzeugs, insbesondere eines schnell fahrenden Kraftfahrzeugs, ein Überdruckgebiet ausbildet, womit aus diesem Überdruckgebiet ein Luftstrom abgezweigt werden kann, um, in den Bereich des Diffusors geleitet, dort auszutreten und lokal einen Strömungsabriss hervorzurufen, mit der Konsequenz, dass sich der Abtrieb des Kraftfahrzeugs im Bereich der Vorderachse reduziert. Ist dieser reduzierte Abtrieb nicht erforderlich bzw. nicht erwünscht, ist es nur erforderlich, die Luftströmung vom frontseitigen Überdruckgebiet zum Diffusor zu unterbrechen. In diesem Fall ist der Diffusor ungestört wirksam, bei höherem Abtrieb des Kraftfahrzeugs im Bereich der Vorderachse. Zum Verändern des Abtriebs des Kraftfahrzeugs im Bereich der Vorderachse ist es demnach nur erforderlich, die Mittel zum Öffnen und Schließen der Luftleitung zu betätigen. Ist die Luftleitung geöffnet, wird der Abtrieb reduziert, ist die Luftleitung hingegen geschlossen, wird höherer Abtrieb generiert.
Der Einlass der Luftleitung kann sich in jedem geeigneten Bereich der Frontseite des Kraftfahrzeugs befinden, in dem ein Überdruck ansteht. Es handelt sich beispielsweise um einen Bereich vor einem Kühler des Kraftfahrzeugs, einen Bereich vor einer frontseitigen Mitte des Fahrzeugs oder einen im Bereich der Frontseite angeordneten Bereich, insbesondere einen Bereich, in dem Luft durch einen sogenannten Air Curtain durch eine Bugverkleidung und/oder eine Radhausschale einem Vorderrad und/oder einer Bremseinrichtung einer Vorderachse zugeführt wird. In diesen Bereichen kann ohne Weiteres Luft unter Überdruck abgezweigt und in den Bereich des Diffusors geleitet werden.
Es wird somit als vorteilhaft angesehen, wenn der Einlass im Bereich einer Luftführung zum Leiten von Luft zu einem Vorderrad und/oder einer Bremseinrichtung für ein Vorderrad angeordnet ist. Vorzugsweise ist ferner, wenn der Einlass im Bereich einer Bugverkleidung oder einer Radhausschale des Kraftfahrzeugs angeordnet ist. Insbesondere ist der Diffusor in eine Radhausschale integriert.
Bei dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug ist der Diffusor zum Boden, auf dem das Kraftfahrzeug aufsteht, hin offen, somit weist der Diffusor eine offene Diffusorunterseite auf.
Vorzugsweise ist der Diffusor mit einer oberen Leitwand versehen, über die der Abtrieb generiert wird. Insbesondere ist vorgesehen, dass der Diffusor die obere Leitwand und seitliche Leitwandungen zum Führen des Diffusorluftstroms aufweist.
Der Auslass der Luftleitung kann auf unterschiedliche Art und Weise gestaltet sein, sofern bei geschlossener Luftleitung mittels dieser das Ziel erreicht wird, Abtrieb an der Vorderachse zu generieren. Insbesondere ist hierbei vorgesehen, dass der Auslass der Luftleitung im Bereich der oberen oder seitlichen Leitwand angeordnet ist. Der Auslass der Luftleitung ist vorzugsweise im Bereich eines vorderen Drittels des Diffusors angeordnet. Der Auslass der Luftleitung kann mehrere Auslassöffnungen oder einen oder mehrere Auslassschlitze aufweisen. Die mehreren Auslassöffnungen oder mehreren Auslassschlitze können nebeneinander angeordnet sein, insbesondere hintereinander in einer Querrichtung des Fahrzeugs angeordnet sein. Insbesondere in einer solchen durch die Querrichtung vorgegebenen Querebene des Fahrzeugs befindet sich der Auslass des Diffusors.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Auslass der Luftleitung derart ausgebildet ist, dass bei geöffneter Luftleitung Luft über die gesamte Breite des Diffusors in diesen eintritt.
Der Luftaustritt aus dem Auslass ist insbesondere vertikal gerichtet. Hierdurch lässt sich, bei üblicherweise im Wesentlichen horizontal durch den Diffusor strömenden Luft, ein besonders effektiver Strömungsabriss, insbesondere über die gesamte Breite des Diffusors, bei geöffneter Luftleitung erreichen.
Die Mittel zum Öffnen und Schließen der Luftleitung können unterschiedlich gestaltet sein. Insbesondere sind diese Mittel mechanisch wirksam. Beispielsweise sind die Mittel zum Öffnen und Schließen als Absperrmittel ausgebildet. Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn die Mittel zum Öffnen und Schließen manuell betätigbar sind, insbesondere im Bereich des Radhauses angeordnet und mechanisch betätigbar sind.
Die Gestaltung der Mittel zum Öffnen und Schließen einschließlich der beschriebenen Weiterbildungen ermöglicht es dem Nutzer des Kraftfahrzeugs, auf einfachste Art und Weise vom Zustand des Diffusors mit relativ hohem Abtrieb auf den Zustand des Diffusors mit Strömungsabriss und damit relativ geringem Abtrieb zu wechseln, und entgegengesetzt zu wechseln. Es ist hierbei nicht erforderlich, dass das Fahrzeug zur Durchführung der Umbauarbeiten, mittels einer Hebebühne angehoben werden muss.
Durch mehr oder weniger starkes Öffnen bzw. Schließen der Luftleitung kann ein definierter Luftstrom durch die Luftleitung eingestellt und an den Diffusor geleitet wird, um lokal den gewünschten Strömungsabriss hervorzurufen. Es kann somit mittels der Mittel zum Öffnen und Schließen der Luftleitung der Luftvolumenstrom durch die Luftleitung zwischen geschlossen, vollständig geöffnet und diversen Teilstellungen geöffneter Luftleitung variiert werden und somit der Strömungsabriss gesteuert werden.
Beispielsweise kann ein Absperrventil ohne weiteres durch Drehen in die unterschiedlichen Ventilstellungen überführt werden. Es müssen keine separaten Werkzeuge bereitgehalten werden, um die unterschiedlichen Betriebszustände zu erzielen. Auch ist es nicht erforderlich, Teile zu demontieren, die dann separat aufbewahrt werden müssten.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus aus den Unteransprüchen, der beigefügten Zeichnung und der Beschreibung des in der Zeichnung wiedergegebenen, bevorzugten Ausführungsbeispiels, ohne hierauf beschränkt zu sein.
Es zeigt:

1 eine räumliche Ansicht eines Personenkraftwagens im Bereich eines Diffusors, schräg von hinten, somit schräg entgegengesetzt der Vorwärtsfahrtrichtung des Fahrzeugs gesehen,
2 die Anordnung gemäß 1, in einer vertikalen Ebene im Bereich der Luftleitung geschnitten.

Figurenbeschreibung
Gezeigt ist für ein Kraftfahrzeug 1, konkret einen Sportwagen, für dessen vorderen linken Bereich ein dort befindlicher Teilbereich einer Bugverkleidung 2 und ein hinter dieser angeordneter Teilbereich einer Radhausschale 3. Die Radhausschale 3 ist dem vorderen linken Rad des Kraftfahrzeugs 1 zugeordnet.
Hierbei beziehen sich die Angaben vorne, hinten, links, rechts auf das vorwärts fahrende Kraftfahrzeug 1. Die Angaben oben und unten beziehen sich auf das auf einem horizontalen Boden fahrende Fahrzeug.
Das Kraftfahrzeug 1 weist links zwischen der Bugverkleidung 2 und der Radhausschale 3, somit vor dem linken Vorderrad einen Strömungskanal 4 auf, der durch die Anordnung von Bugverkleidung 2 und Radhausschale 3 gebildet ist und sich im Wesentlichen von vorne nach hinten und vertikal erstreckt. Dieser Strömungskanal 4 ist somit hochkant angeordnet. Beim fahrenden Kraftfahrzeug 1 bildet sich im Bugbereich des Fahrzeugs, somit vorne, ein Luft-Überdruckgebiet. Luft wird über einen vorderen, schlitzförmigen, vertikal orientierten Einlass 5 in den Strömungskanal 4 geleitet und tritt hinten durch einen ähnlich gestalteten, somit vertikal orientierten schlitzförmigen Auslass 6 aus dem Strömungskanal 4 aus. Luft wird somit durch den Strömungskanal 4 in Art eines Air Curtain in den Bereich des Vorderrades und einer Bremsscheibe des Vorderrades geleitet, mit der Konsequenz einerseits einer verbesserten Aerodynamik des kraftfahrzeugs, andererseits einer zusätzlichen Kühlung der Bremsscheibe.
An der Unterseite der Bugverkleidung 4 und der Radhausschale 3 ist ein Diffusor 7 gebildet, der sich von der vorderen Front, dort einem nicht veranschaulichten Einlass, bis zum hinteren Ende der Radhausschale 3 erstreckt, dort dem Auslass 8 des Diffusors 7. Eine untere Wandung der Bugverkleidung 2 und eine untere Wandung der Radhausschale 3 bildet in einem jeweiligen Teilbereich eine obere Leitwand 9 des Diffusors 7. Links und rechts grenzen an die obere Leitwand 9 eine linke Leitwand 10 und eine rechte Leitwand 11 des Diffusors 7 an. Die beiden Leitwände 10 und 11 sind parallel zueinander angeordnet und vertikal positioniert. Der Diffusor 7 ist nach unten, zu Boden hin offen, weist somit dort kein Leitwand auf. Der vertikal im Diffusor 7 wirksame Druck wirkt somit unmittelbar von der oberen Leitwand 9 in Richtung des Bodens und bedingt, je nach Größe des Drucks, einen mehr oder weniger großen Abtrieb des Kraftfahrzeugs 1 im Bereich einer dem Vorderrad zugeordneten Vorderachse des Kraftfahrzeugs 1.
In die bevorzugt aus Kunststoff bestehende Radhausschale 3 ist eine Luftleitung 12 integriert. Diese weist einen Einlass 13 und einen Auslass 14 auf. Die Luftleitung 12 mündet im Bereich des Einlasses 13 in den Strömungskanal 4, in dem bei fahrendem Fahrzeug Luft-Überdruck herrscht. Der Einlass 13 der Luftleitung 12 ist etwa auf halber Länge des Strömungskanals 4, somit zwischen dessen Einlass 5 und dessen Auslass 6 angeordnet. Die Luftleitung 12 erstreckt sich vom Strömungskanal 4 durch die Bugverkleidung 2 bis in den Bereich der oberen Leitwand 9 des Diffusors 7, konkret über den gesamten Bereich zwischen der linken Leitwand 10 und der rechten Leitwand 11 parallel zum zugeordneten Abschnitt der oberen Leitwand 9 des Diffusors 7. Dort weist die Luftleitung 12 eine Vielzahl, in Querrichtung des Fahrzeugs gesehen, hintereinander angeordneter Auslassöffnungen 15 auf, die in den Diffusor 7 münden.
In die Radhausschale 3 sind Mittel 16 zum Öffnen und Schließen der Luftleitung 12 integriert. Hierbei handelt es sich um ein Absperrventil, das ein von Hand drehbares Drehteil 17 zum Öffnen und Schließen des Durchgangs der Luftleitung 12 aufweist. Befindet sich des Drehteil in der in der 1 gezeigten Sperrstellung, ist ein Durchgang des Luftstroms vom Einlass 13 zum Auslass 14 der Luftleitung 12 verhindert. Befindet sich das Drehteil 17 hingegen in der Öffnungsstellung, in der es den oberstromigen Bereich der Luftleitung 12 mit dem unterstromigen Bereich der Luftleitung 12 verbindet, wird Luft mit Überdruck im Bereich des Einlasses 13 in die Luftleitung 12 gedrückt, durchströmt diese und tritt im Bereich der diversen Auslassöffnungen 15 aus der Luftleitung 12 aus. Hierbei sind die Auslassöffnungen 15 vertikal gerichtet, geben somit die Luft nach unten aus.
Ist die Luftleitung 12 geschlossen, wirkt der Diffusor 7 aufgrund dessen Diffusorgeometrie, mit der Konsequenz eines entsprechend den Anströmverhältnissen definierten Abtriebs des Kraftfahrzeugs im Bereich dessen Vorderachse. Soll dieser Abtrieb reduziert werden, wird das Drehteil soweit gedreht, dass Luft durch die Luftleitung vom Einlass 13 zum Auslass 14 strömt und an der Unterseite der oberen Leitwand 9 durch die diversen Auslassöffnungen 15 nach unten austritt, womit lokal ein Strömungsabriss hervorgerufen wird, und umgekehrt.
Bezugszeichenliste

1: Kraftfahrzeug
2: Bugverkleidung
3: Radhausschale
4: Strömungskanal
5: Einlass
6: Auslass
7: Diffusor
8: Auslass
9: obere Leitwand
10: linke Leitwand
11: rechte Leitwand
12: Luftleitung
13: Einlass
14: Auslass
15: Auslassöffnung
16: Mittel
17: Drehteil

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2016/020520 A1 [0004]
DE 102014110199 A1 [0005]
DE 102014111073 A1 [0006]
DE 102012102668 A1 [0007]
DE 19705268 A1 [0008]

Claims

Kraftfahrzeug (1) mit einem frontseitigen, zu einem Boden hin offenen Diffusor (7) sowie mit einer im Bereich des Diffusors (7) angeordneten Einrichtung zum Verändern des Abtriebs des Kraftfahrzeugs im Bereich einer Vorderachse des Kraftfahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung eine Luftleitung (12) mit einem Einlass (13) im Bereich eines frontseitigen Überdruckgebiets des Kraftfahrzeugs und einen Auslass (14) im Bereich des Diffusors (7) sowie Mittel (16) zum Öffnen und Schließen der Luftleitung (12) aufweist.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlass (13) im Bereich einer Luftführung (4) zum Leiten von Luft zu einem Vorderrad und/oder einer Bremseinrichtung für ein Vorderrad angeordnet ist.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlass (13) im Bereich einer Bugverkleidung (2) oder einer Radhausschale (3) des Kraftfahrzeugs (1) angeordnet ist.
Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Diffusor (7) in eine Radhausschale (3) integriert ist.
Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Diffusor (7) eine obere Leitwand (9) aufweist.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Diffusor (7) die obere Leitwand (9) und seitliche Leitwandungen (10, 11) zum Führen des Diffusorluftstroms aufweist.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslass (14) der Luftleitung (12) im Bereich der oberen Leitwand (9) oder seitlichen Leitwand (10, 11) angeordnet ist.
Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslass (14) der Luftleitung (12) im Bereich des ersten Drittels des Diffusors (7) angeordnet ist.
Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslass (14) der Luftleitung (12) mehrere Auslassöffnungen (15) oder einen oder mehrere Auslassschlitze aufweist.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Auslassöffnungen (15) oder mehreren Auslassschlitze nebeneinander angeordnet sind, insbesondere hintereinander in einer Querrichtung des Fahrzeugs (1) angeordnet sind.
Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslass (14) der Luftleitung (12) derart ausgebildet ist, dass, bei geöffneter Luftleitung (12), Luft über die gesamte Breite des Diffusors (7) in diesen eintritt.
Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (16) zum Öffnen und Schließen der Luftleitung (12) mechanisch wirksam sind.
Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (16) zum Öffnen und Schließen als Absperrventil ausgebildet sind.
Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (16) zum Öffnen und Schließen manuell betätigbar sind, insbesondere im Bereich des Radhauses mechanisch betätigbar sind.