Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug, insbesondere Personenkraftfahrzeug, mit hinter den Hinterrädern angeordneten Mitteln zur Verringerung des heckseitig induzierten Luftwiderstandes und Sprühwassers.

Der Grund für den den heckseitigen Luftwiderstand eines Fahrzeuges beherrschenden induzierten Druckwiderstand liegt im wesentlichen in der Ablösung der Strömung an der Dachkante und an der Fahrzeugbodenkante und der daraus entstehenden typischen Strömungswirbelstruktur in der Fahrzeug-Längsmittelebene mit zwei entgegengesetzt drehenden Wirbeln (siehe Fig. 1). Außerdem werden durch diese Wirbel Schmutz und Sprühwasser von der Straße nach oben in das Totwassergebiet hinter dem Heck transportiert und verursachen die Heckverschmutzung und die unangenehmen Sprühwasserfahnen hinter Pkw's.

Insbesondere der größere untere Hauptwirbel (1) ist sehr energiereich und induziert ein starkes Unterdruckfeld an der Heckfläche.

Bekannt sind Heckformen mit deutlichen Heckeinzügen der Seiten-und Dachwand oder auch verschiedene mechanische Klappen oder Formteile, die die Heckform über die eigentliche Kontur weiter nach hinten verjüngen ("boat-tailing") und dadurch die Wirbelstruktur verkleinern und den Luftwiderstand verringern. Heckseitige Formeinzüge können jedoch nur begrenzt angewandt werden, da sie den Nutzraum schmälern.

Zusätzliche Klappen und Formteile sind aufwendig und störungsanfällig.

Es werden auch Spoiler an der Dachkante oder Kofferraumkante angebracht, die für einen definierten Strömungsabriß sorgen und ebenfalls den Luftwiderstand verringern können.

Ebenso bekannt sind Vorrichtungen, z. B. DE 3837 729, die durch Ausblasen oder Absaugen in der Grenzschicht der Heckströmung den Luftwiderstand günstig beeinflussen. Nachteilig ist aber auch hier der zusätzliche mechanische und energetische Aufwand.

DE-OS 2433 292 zeigt ein Fahrzeug mit einem Heckspoiler hinter den Hinterrädern, der die Unterbodenströmung in seiner ganzen Breite in einen sich stetig verjüngenden Strömungskanal zwingt. Dadurch wird zwar die gestellte Aufgabe gelöst, die Verschmutzung der Heckpartie zu verringern, jedoch unter Inkaufnahme eines ungünstigereren Luftwiderstands, weil nach den Gesetzen der Strömungslehre diese so geformte Düse einen erheblichen Strömungswiderstand aufbaut. Außerdem wird der Bodenabstand am Heckabschluß wesentlich ungünstig verkleinert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Mitteln anzugeben, mit denen durch Beeinflussung der heckseitigen Wirbelstruktur der induzierte Luftwiderstand verringert und der Verschmutzung des Fahrzeughecks und die Sprühwasserfahne entgegengewirkt werden kann.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe beruht auf der Verkleinerung und rückwärtigen Verlagerung des unteren Hauptwirbels der typischen Nachlaufwirbelstruktur mittels eines erfindungsgemäß geformten Unterbodenströmungskanals. Als in Versuchen sehr wirksam hat sich die Kombination aus einem nach den Hinterrädern in einem bestimmten Winkelbereich nach oben geneigten Unterboden (Diffusor-Effekt) und der weiteren Aufteilung der Strömung in eine untere, weiter nach oben gerichtete Strömung und eine im Strömungsquerschnitt kleinere obere Strömung in einem Strömungskanal derart, daß diese obere Strömung am Austritt in einem bestimmten Winkelbereich entgegengesetzt der unteren Unterbodenströmung nach unten gelenkt wird. Dabei ist es für den aerodynamischen Effekt wichtig, die Unterbodenströmung insbesondere im Bereich hoher Strömungsgeschwindigkeit (Fahrzeugmitte) mit den erfindungsgemäßen Mitteln zu führen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Figuren 1 bis 5 beschrieben, wovon Fig. 1 die Wirbelstruktur am Heck im Mittelschnitt eines herkömmlichen Fahrzeuges, Fig. 2 diejenige eines Fahrzeuges mit erfindungsgemäßen Mitteln zeigt. Fig. 3 ist die Heckansicht eines Fahrzeuges mit erfindungsgemäßen Mitteln. Fig. 4 und 5 sind Schnitte durch das untere Fahrzeugheck in Längsebene und zeigen Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Mittel.

Betrachtet man zunächst Fig. 1, so erkennt man, daß die Wirbelstruktur hinter dem Fahrzeugheck einen großen, energiereichen, linksdrehenden unteren Hauptwirbel (1), der von der Ablösung der Unterbodenströmung herrührt und einen, mit dem Hauptwirbel verbundenen, entgegengesetzt drehenden kleineren oberen Wirbel (2) aufweist. Der untere große Wirbel (1) ist in erster Linie verantwortlich für das induzierte Unterdruckfeld am Heck.

Der Grund für das Entstehen dieses unteren Wirbels ist die Geschwindigkeitsdifferenz zwischen Dach (3)-und Unterbodenströmung (6). Die Unterbodenströmung ist schneller als die Dachströmung und rollt sich in einem Wirbel auf.

Fig. 2 zeigt, daß durch die erfindungsgemäßen Mitteln der untere Hauptwirbel (1) so verändert, d. h. sowohl verkleinert als auch nach hinten verlagert wird, daß der induzierte Heckwiderstand sinkt.

In Fig. 4 werden die erfindungsgema (3en Mittel erläutert. Der Unterboden (5) wird nach dem Hinterrad möglichst glatt und eben in einem möglichst großen Winkel (16) so nach oben gezogen, daß die Unterbodenströmung diesem zwischen Fahrbahn und Unterboden gebildeten Strömungskanal (6) noch ablösefrei folgen kann. Seitliche Schürzen (7) können vorteilhaft die Strömung in diesem Kanal halten und seitliche Randwirbel verhindern.

Aufgrund des Kontinuitätsgesetzes folgt, daß in diesem so gebildeten Strömungskanal die mittlere Strömungsgeschwindigkeit und damit die Differenzgeschwindigkeit zur Dachströmung verringert wird, d. h. der Hauptwirbel (1) energieärmer und kleiner wird.

Gleichzeitig steigt der Druck an der schrägen Unterbodenwand (5) an und der Impulsverlust der Unterbodenströmung sinkt. Außerdem ist die mit dem Unterdruck beaufschlagte Heckfläche H 2 kleiner als diejenige (H1) eines Fahrzeuges ohne erfindungsgemäße Mittel, was den Luftwiderstand des Fahrzeuges ebenfalls verringert.

Nachteilig einer nur nach oben gezogenen Unterbodenflache ist jedoch, daß eine mehr nach oben gelenkte Unterbodenströmung die Aufrolltendenz des unteren Wirbels verstärkt, was den Luftwiderstand wiederum erhöht. Außerdem wird unerwünscht Schmutz und Sprühwasser nach oben auf die Heckfläche (15) und in das Wirbelgebiet hinter dem Heck geleitet. Dieses Wirbelgebiet hinter einem Fahrzeug, der sog. Strömungsnachlauf, erzeugt auf nassen Straßen einen für nachfolgende Fahrzeuge äußerst unangenehmen Wassergischtschleier.

Diese Nachteile können wirkungsvoll dadurch vermieden werden, daß die Unterbodenströmung (6) durch eine feste Scheidewand (8) in eine (kleinere) obere Strömung (9) und in eine (größere) untere Strömung (10) aufgeteilt wird. Während die Wand (11) der Scheidewand (8) an der Unterseite ebenfalls stetig, parallel zu den Stromlinien nach oben geneigt ist, so daß die untere Strömung (10) weiter in einem sich vergrößerndem Strömungsquerschnitt verläuft, bildet die obere Wand (13) der Scheidewand (8) mit dem Unterboden (5) und Heckschürze (17) einen Strömungskanal (9), der anfangs ebenfalls nach oben, am Ende jedoch in einem gewissen Winkel (14) nach unten, entgegengesetzt zum unteren Teil der Unterbodenströmung gerichtet ist. Damit kann erreicht, werden, daß a) die Aufrolltendenz des Hauptwirbels (1) verringert und b) der Hauptwirbel etwas nach hinten verlagert wird. Beides verändert die Wirbelstruktur hinter dem Fahrzeugheck günstig, so daß das Unterdruckfeld an der Heckfläche H2 verkleinert und der induzierte Luftwiderstand verringert wird. Als besonders wirkungsvoll haben sich Ablenkungswinkel (14) der oberen Strömung zwischen 15 und 40 grd erwiesen, während der Unterboden in einem Winkel (16) nicht größer als 15 grd nach oben gerichtet sein soll.

Fig. 5 zeigt eine sehr einfache Bauweise der erfindungsgemäßen Mitteln. Hier wurde auf die Scheidewand (8) verzichtet. Der obere Teil der Unterbodenströmung wird nur noch an der Unterbodenwand (5) am Ende nach unten abgelenkt. Diese Form ist zwar baulich sehr einfach, jedoch nicht ganz so effektvoll wie die Bauweise in Fig. 4.

Moderne Pkw's haben aus Gründen des Luftwiderstands eine seitlich stark eingezogene Heckform, die die Hinterräder teilweise nicht mehr abdeckt. Dies hat zur Folge, daß von den hinteren Rädern stammendes Spritz-und Sprühwasser auch seitlich hochgewirbelt wird und in den turbulenten Strömungsnachlauf hinter dem Fahrzeug gelangt. Dem kann entgegengewirkt werden, wenn der obere Strömungskanal (9) einen beidseitigen seitlichen Luftauslaß (18), z. B. indem der obere Strömungskanal (9) seitlich um das Heck herumgezogen wird, oder indem in die seitliche Schürze (7) eine Austrittsöffnung integriert ist, besitzt, aus dem ein Teil der Unterbodenströmung, z. B. mittels bekannter Umlenkschaufeln, schräg nach außen und nach unten ausgeblasen wird und dadurch der turbulente Strömungsbereich unmittelbar hinter den Hinterrädern erfaßt wird. Dadurch gelingt es, das Sprühwasser nach unten und außen weg vom Hauptwirbel (1) zu führen.

Bei modernen Pkws können hintere Stoßstange (12) und Heckschürze (17) aus zwei miteinander verbundenen Teilen (Fig. 4) oder sogar aus einem Teil (12, Fig. 5) bestehen.

Wie Fig. 4 und 5 zeigen, können die der Strömungsführung der oberen Unterbodenströmung dienenden Kanäle (9) bzw. Wandflächen (5) in die Heckschürze bzw. Stoßstange kostengünstig eingeformt werden.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß sowohl durch die Verkleinerung als auch durch die Verlagerung stromabwärts des Heckwirbels (1) weniger Schmutz und Sprühwasser auf die Heckfläche gelangen kann.

Außerdem wird das gesamte Wirbelgebiet hinter einem Fahrzeug, der sog.

"Strömungsnachlauf", der für nachfolgende Fahrzeuge auf regennassen Straßen äußerst unangenehm ist, verkleinert und damit die passive Sicherheit erhöht.