JP2006077609A - Muffler structure of automobile - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、自動車の車体後端付近で発生する乱気流による排気ガス成分のリヤバンパへの付着を低減するようにした自動車のマフラー構造に関するものである。 The present invention relates to a muffler structure for an automobile in which the adhesion of exhaust gas components to a rear bumper due to turbulent airflow generated near the rear end of the automobile body is reduced.
従来、自動車1の走行時、図8に示すように、自動車の前方から車体表面に沿って流れて来る空気流Xが、車体後端2にて境界層剥離を生じて、負圧によって乱気流3が発生することが知られている。そして、このような乱気流3の発生に伴って、車体後端の下方にて開口するマフラー4から排出される排気ガス5が、図9に示すように乱気流3に引き寄せられることになり、排気ガス中に含まれる排気ガス成分の粒子5aがリヤバンパ6に付着してしまう。
Conventionally, when the automobile 1 travels, as shown in FIG. 8, the airflow X flowing along the vehicle body surface from the front of the automobile causes boundary layer separation at the vehicle body
このように排気ガス成分の粒子5aがリヤバンパ6に付着すると、樹脂製バンパの場合には、排気ガス成分中のカーボン粒子によって、バンパ表面にくすみが発生することになり、また金属製バンパの場合には錆び水が付着することとなって、バンパの防錆にとって好ましくない。従って、樹脂製バンパであっても金属製バンパであっても、見栄えが悪くなってしまう。
When the exhaust gas component particles 5a adhere to the
これに対して、リヤバンパに付着した排気ガス成分の粒子による汚れを目立たなくするために、リヤバンパ全体または少なくとも排気ガス成分の粒子付着領域に関して素地仕上げすることが知られている。これにより、リヤバンパの素地仕上げ部分に排気ガス成分の粒子が付着しても、汚れがあまり目立たず、見栄えが維持されることになる。 On the other hand, it is known to finish the entire rear bumper or at least the exhaust gas component particle adhesion region in order to make the dirt due to the exhaust gas component particles adhering to the rear bumper inconspicuous. Thereby, even if particles of exhaust gas components adhere to the base finish portion of the rear bumper, the dirt is not so noticeable and the appearance is maintained.
また、自動車用マフラーのマフラーのディフューザ部を小径化して、背圧(排気中にかかる排気ガス圧力)を高めることも知られている。これにより、排気ガスの排出流が前述した自動車の車体後端付近で発生する乱気流の影響を受けず、後方に向かって排出されることにより、排気ガス成分の粒子がリヤバンパに付着しない。 It is also known to increase the back pressure (exhaust gas pressure applied to the exhaust gas) by reducing the diameter of the diffuser part of the muffler of the automobile muffler. As a result, the exhaust gas exhaust flow is not affected by the turbulence generated in the vicinity of the rear end of the vehicle body, and the exhaust gas components are exhausted rearward, so that the exhaust gas component particles do not adhere to the rear bumper.
さらに、自動車用マフラー4のメインマフラー4aの下面に、図10に示すように、多数の突起、所謂ボルテックス・ジェネレータ7を形成したり、あるいは図11に示すように、メインマフラー4aに螺旋状にトリッピングワイヤー8を巻き付ける方法も知られている。
Further, a large number of protrusions, so-called
以上述べたような自動車のマフラー構造の他に、気流対策が施されたダクトやアンテナの従来例を示す。
特許文献1には、屈曲部内側の内面にディンプルを設けたダクトが開示されている。このような構成のダクトによれば、上記ディンプルが設けられていることによって、屈曲部での気流の剥離,圧力損失が抑制され、気流音が低減されるようになっている。 Patent Document 1 discloses a duct having dimples provided on an inner surface inside a bent portion. According to the duct having such a configuration, since the dimple is provided, the separation of the airflow and the pressure loss at the bent portion are suppressed, and the airflow noise is reduced.
また、特許文献2には、アンテナ表面を粗面仕上げし、または表面に小さな窪みまたは突起を設けた自動車用アンテナが開示されている。このような構成の自動車用アンテナによれば、自動車の走行時にアンテナ表面を流れる空気流がアンテナ表面の粗面,窪みまたは突起によって小さな乱流を発生するので、アンテナの後端で発生する乱気流が低減されることになり、アンテナの空気抵抗,振動及び騒音の発生が低減される。
しかしながら、前述のようなリヤバンパの少なくとも一部領域に関して素地仕上げする場合、排気ガス成分の粒子の付着が抑制されるのではないことから、汚れの付着が見え難くなるだけで、実際には排気ガス成分の粒子が付着していることから、特に金属製バンパでは錆び水の付着を回避することができない。
他方、マフラーのディフューザ部を小径化する場合には、この小径化によってエンジンの排気効率が低下し、エンジン出力も低下すると共に、振動・騒音が発生し、また燃費が悪化する等のおそれがあることから、実際に採用することは困難である。
However, when at least a partial region of the rear bumper as described above is finished, since the adhesion of particles of exhaust gas components is not suppressed, it is difficult to see the adhesion of dirt. Since the component particles are attached, the adhesion of rusted water cannot be avoided particularly with a metal bumper.
On the other hand, when the diameter of the muffler diffuser portion is reduced, the reduction in the exhaust diameter of the engine due to the reduction in the diameter, the engine output also decreases, vibration and noise may occur, and fuel consumption may deteriorate. Therefore, it is difficult to actually adopt it.
また、ボルテックス・ジェネレータ7又はトリッピングワイヤー8を使用する方法は、これらのボルテックス・ジェネレータ7やトリッピングワイヤー8が、メインマフラー4aの下面から下方に突出することから、自動車の最低地上高が低下することになる。
従って、例えば起伏の激しい路面や急坂を走行中に、図12に示すように、これらのボルテックス・ジェネレータ7やトリッピングワイヤー8が路面と干渉する可能性が高く、また、これらのボルテックス・ジェネレータ7やトリッピングワイヤー8が外部から見えてしまうため、見栄えが悪くなってしまう。
Moreover, the method of using the
Therefore, for example, when traveling on a rough road surface or steep slope, as shown in FIG. 12, there is a high possibility that these
このため、最低地上高を確保するためには、メインマフラー4aの形状を変更することが必要であるが、メインマフラー4aの容積が変化することになり、場合によっては排気音が大きくなってしまう。
さらに、上記突起型ボルテックス・ジェネレータ7を後から既存のメインマフラー4aの下面に取り付ける場合、部品点数が増加し、組み付け工程が増えることにより、生産コストが高くなると共に、突起が後方または側方から視認され得ることから、見栄えが低下してしまう。
For this reason, in order to ensure the minimum ground clearance, it is necessary to change the shape of the main muffler 4a. However, the volume of the main muffler 4a changes, and the exhaust noise may increase in some cases. .
Further, when the protrusion-
これに対して、特許文献1によるダクトは、ダクト内を流れる気流に対して、屈曲部における気流剥離及び圧力損失を抑制して気流音を低減するものであって、本発明とは構成・目的が異なるものである。
また、特許文献2による自動車用アンテナは、アンテナ後方での乱気流の発生を抑制して、空気抵抗・騒音及び振動の発生を抑制するものであり、本発明とは構成・目的が異なるものである。
On the other hand, the duct according to Patent Document 1 reduces airflow noise by suppressing airflow separation and pressure loss at the bent portion with respect to the airflow flowing in the duct. Are different.
Further, the automobile antenna according to
本発明は、以上の点に鑑み、自動車の車体後端付近で発生する乱気流による排気ガス成分のリヤバンパへの付着を低減するようにした、自動車のマフラー構造を提供することを目的としている。 In view of the above, an object of the present invention is to provide an automobile muffler structure that reduces the adhesion of exhaust gas components to a rear bumper due to turbulence generated near the rear end of the automobile body.
上記目的は本発明によれば、自動車の車体後部下方に取り付けられる自動車用マフラーにおいて、メインマフラーが、その下面に多数の凹状のディンプルを有するボルテックス・ジェネレータを備えていることにより達成される。 According to the present invention, the above object is achieved by providing a main muffler having a vortex generator having a large number of concave dimples on the lower surface thereof in an automobile muffler attached to the lower rear portion of the automobile body.
本発明による自動車用マフラー構造は、好ましくは、上記ディンプルが、直径5.15乃至7.20mm,深さ0.49乃至1.32mm,間隔0.53乃至1.33mmに選定されている。 In the automobile muffler structure according to the present invention, preferably, the dimples are selected to have a diameter of 5.15 to 7.20 mm, a depth of 0.49 to 1.32 mm, and a distance of 0.53 to 1.33 mm.
本発明による自動車用マフラー構造は、好ましくは、上記メインマフラーが、その側面にも多数の凹状のディンプルを有している。 In the muffler structure for automobiles according to the present invention, preferably, the main muffler has a large number of concave dimples on its side surface.
本発明による自動車用マフラー構造は、好ましくは、上記メインマフラーが、その上面にも多数の凹状のディンプルを有している。 In the muffler structure for an automobile according to the present invention, preferably, the main muffler has a large number of concave dimples on its upper surface.
上記構成によれば、メインマフラーの下面に、多数の凹状のディンプルから成るボルテックス・ジェネレータが備えられているので、自動車の走行時に、自動車用マフラーのメインマフラー下面に沿って流れる空気流は、このボルテックス・ジェネレータの形状に基づいて、意図的に小さな渦流を発生することになる。これにより、メインマフラーの下面後端付近では、乱流境界層が形成されることによって、摩擦抵抗が低減されるので、メインマフラー下面後端では、流速低下が低減されることになり、境界層剥離による乱流の発生が抑制される。 According to the above configuration, since the vortex generator composed of a number of concave dimples is provided on the lower surface of the main muffler, the airflow flowing along the lower surface of the main muffler of the automobile muffler is Based on the shape of the vortex generator, a small eddy current is intentionally generated. As a result, the frictional resistance is reduced by forming a turbulent boundary layer in the vicinity of the rear end of the lower surface of the main muffler, so that a decrease in flow velocity is reduced at the rear end of the lower surface of the main muffler. Generation of turbulent flow due to separation is suppressed.
従って、マフラー排気口から後方に向かって排出される排出ガスは、自動車の車体後端で発生する乱気流に引き寄せられることなく、後方に排出されることになるので、排気ガス成分の粒子が乱気流によってリヤバンパに付着してしまうようなことがない。
このようにして、自動車用マフラーの後端の開口から排出される排気ガスが、自動車の車体後端で境界層剥離による乱気流に巻き込まれて、その成分の粒子がリヤバンパに付着しないので、リヤバンパのくすみや腐蝕等の発生が抑制され、リヤバンパの見栄えが向上する。
Therefore, the exhaust gas exhausted rearward from the muffler exhaust port is exhausted backward without being attracted by the turbulent airflow generated at the rear end of the automobile body. There is no such thing as sticking to the rear bumper.
In this way, the exhaust gas discharged from the opening at the rear end of the automobile muffler is entrained in the turbulent air flow due to boundary layer separation at the rear end of the automobile body, and the particles of the components do not adhere to the rear bumper. The occurrence of dullness and corrosion is suppressed and the appearance of the rear bumper is improved.
上記メインマフラーが、その側面または上面にも多数の凹状のディンプルを有している場合には、メインマフラーの側面または上面に沿って流れる空気流の意図的な小さな渦流が発生することにより、メインマフラーそして自動車用マフラー全体の反響特性そして排気音が変化することになり、メインマフラーの側面または上面に備えられるディンプルの大きさを適宜に調整することによって、所望の排気音にチューニングすることも可能である。 When the main muffler has a large number of concave dimples on its side surface or top surface, the main muffler has an intentional small swirl of airflow that flows along the side surface or top surface of the main muffler. The reverberation characteristics and exhaust sound of the entire muffler and automobile muffler will change, and it is possible to tune to the desired exhaust sound by appropriately adjusting the size of the dimples provided on the side or top surface of the main muffler It is.
このようにして、本発明によれば、メインマフラー下面に多数の凹状のディンプルを形成することによって、メインマフラー下面に沿って流れる空気流の流速低下を抑制して、自動車の車体後端付近で発生する乱気流による排気ガス成分のリヤバンパへの付着を低減することができる。 Thus, according to the present invention, by forming a large number of concave dimples on the lower surface of the main muffler, a decrease in the flow velocity of the airflow flowing along the lower surface of the main muffler is suppressed, and the vehicle body is located near the rear end of the vehicle body. Adhesion of exhaust gas components to the rear bumper due to the generated turbulence can be reduced.
以下、図面に示した実施形態に基づいて、この発明を詳細に説明する。
図1は本発明による自動車用マフラー構造の一実施形態を示している。図1において、自動車用マフラー10は、自動車の車体11の後端下方に設けられており、メインマフラー12を含んでいる。
The present invention will be described in detail below based on the embodiments shown in the drawings.
FIG. 1 shows an embodiment of an automobile muffler structure according to the present invention. In FIG. 1, an
メインマフラー12は公知の構成であって例えば楕円形の断面を有しており、その下面12aが所定の最低地上高を満たすように形成され、車体11に取り付けられている。
The
以上の構成は、図8に示した従来の自動車用マフラー4と同様の構成であるが、本発明による自動車用マフラー10においては、図2に示すように、メインマフラー12の下面12aに、多数の凹状のディンプル13aから成るボルテックス・ジェネレータ13が形成されている点で異なる構成になっている。
The above-described configuration is the same as that of the
ボルテックス・ジェネレータ13の各ディンプル13aは、好ましくは、直径が5.15乃至7.20mm,深さが0.49乃至1.32mm,間隔が0.53乃至1.33mmに選定されている。ここで、ディンプル13aの大きさは、以下のようにして最適化されるようになっている。
Each dimple 13a of the
このようなディンプルの空気抵抗に関する研究は、例えばゴルフボール表面に設けられたディンプルについて詳細に行なわれており、ゴルフボールの飛行速度に対する空気抵抗係数は、図3に示すように、ディンプルの有無,そして寸法の違いによって、変化することが知られている。
特に図3において、ディンプル無しの場合は、符号Mで示すように、速度に関係なく、空気抵抗係数はほぼ一定であるが、ディンプルを有する場合には、符号Nで示すように、より高速でディンプルの効果によって空気抵抗係数が減少することが分かる。
Research on the air resistance of such dimples has been carried out in detail, for example, on the dimples provided on the surface of the golf ball. The air resistance coefficient with respect to the flight speed of the golf ball is shown in FIG. It is known that it varies depending on the difference in dimensions.
In particular, in FIG. 3, when there is no dimple, the air resistance coefficient is substantially constant regardless of the speed as indicated by the symbol M, but when dimples are provided, as indicated by the symbol N, at a higher speed. It can be seen that the air resistance coefficient decreases due to the dimple effect.
ここで、時速160km(45m/秒)で飛行する直径4.26cmのゴルフボールに関して、このゴルフボール周囲の空気の流れ状態(レイノルズ係数Re)を以下の数式により算出すると、次のような結果が得られる。 Here, regarding a golf ball having a diameter of 4.26 cm flying at a speed of 160 km / h (45 m / sec), when the air flow state (Reynolds coefficient Re) around the golf ball is calculated by the following formula, the following result is obtained. can get.
Re=速度×直径÷動粘性係数(雰囲気温度20℃)
=45m/秒×0.0426m÷(15×10-6)
=1.278×105
ここで、15×10-6は、雰囲気温度20℃での動粘性係数値である。
Re = speed x diameter ÷ kinematic viscosity coefficient (
= 45 m / sec x 0.0426 m ÷ (15 x 10 -6 )
= 1.278 × 10 5
Here, 15 × 10 −6 is a kinematic viscosity coefficient value at an ambient temperature of 20 ° C.
これに対して、時速80km(22.22m/秒)で走行する自動車を想定して、時速160kmで飛行するゴルフボールと同等のレイノルズ数Reとなるように、以下の数式により長さχを算出する。 On the other hand, assuming a car traveling at 80 km / h (22.22 m / s), the length χ is calculated by the following formula so that the Reynolds number Re is equivalent to that of a golf ball flying at 160 km / h. To do.
1.278×105 =22.22m/秒×χ÷(15×10-6)
ここで、15×10-6は、雰囲気温度20℃での動粘性係数値である。
χ=0.087m=8.7cm
1.278 × 10 5 = 22.22 m / sec × χ ÷ (15 × 10 −6 )
Here, 15 × 10 −6 is a kinematic viscosity coefficient value at an ambient temperature of 20 ° C.
χ = 0.087m = 8.7cm
即ち、この長さχ=8.7cmは、ゴルフボールの直径の2.04倍である。
従って、空気抵抗が少なく、よく飛ぶとされるゴルフボールのディンプルの間隔,直径,深さをすべて2.04倍することにより、自動車の走行条件(時速80km)の走行条件とマッチングすることになる。
これにより、図4に示すような間隔b,直径c及び深さkを有しているディンプルA〜Gについて、以下ディンプルの効果について検証する。なお、ディンプル無し及びディンプルA〜Cについては、既に図3に示されている。
That is, the length χ = 8.7 cm is 2.04 times the diameter of the golf ball.
Therefore, the distance, diameter, and depth of the dimples of a golf ball that has low air resistance and is likely to fly are all multiplied by 2.04 to match the driving conditions of the automobile (80 km / h). .
As a result, the dimple effect is verified below for the dimples A to G having the distance b, the diameter c, and the depth k as shown in FIG. Note that no dimples and dimples A to C are already shown in FIG.
ディンプルC〜Fを有するボルテックス・ジェネレータ13をメインマフラー12の下面に備えた場合、それぞれ自動車の走行速度と空気抵抗係数との関係が、図5に示されている。即ち図5において、ディンプル間隔bを0.53乃至1.33mm,直径を5.15乃至7.20mmとすることにより、低速で乱流境界層を発生させ、走行速度の実用域(時速30km程度)から高速側で、ディンプルの効果が現われることが分かる。これは、メインマフラー12の下面を流れる空気流が、実用域を越えると、層流から乱流に急激に遷移することによるものであると考えられる。
When the
また、ディンプルC及びGを有するボルテックス・ジェネレータ13をメインマフラー12の下面に備えた場合、それぞれ自動車の走行速度と空気抵抗係数との関係が、図6に示されている。即ち図6において、ディンプル13aの深さkを0.69mmから1.32mmと深くすることにより、より低速から乱流を発生させることが可能になるが、中高速域では、空気抵抗係数がやや大きくなる。従って、本自動車用マフラー10を搭載する自動車の種類、即ち車種や仕向地に対応して、低速重視か高速重視かに基づいて、ディンプル13aの深さkを0.6乃至1.4mm程度の間でチューニングすればよい。
Further, when the
本発明の実施形態による自動車用マフラー10は以上のように構成されており、メインマフラー12の下面12aに、多数の凹状のディンプル13aから成るボルテックス・ジェネレータ13が備えられていることにより、図7に示すように、自動車の走行時に、自動車用マフラー10のメインマフラー12の下面12aに沿って流れる空気流が、このボルテックス・ジェネレータ13の形状に基づいて、意図的に小さな渦流14を発生する。これにより、メインマフラー12の下面12a後端付近では、乱流境界層が形成されることによって、摩擦抵抗が低減される。従って、メインマフラー12下面12aの後端では、流速低下が低減されることになり、境界層剥離による乱流の発生が抑制される。
The
従って、自動車用マフラー10の排気口12bから後方に向かってある程度の流速で排出される排出ガスは、自動車の車体後端で発生する乱気流に引き寄せられることなく、後方に排出されることになるので、排気ガス成分の粒子が乱気流によってリヤバンパに付着してしまうようなことがない。
このようにして、自動車用マフラー10の後端の排気口12bから排出される排気ガスが、自動車の車体後端で境界層剥離による乱気流に巻き込まれて、その成分の粒子がリヤバンパに付着しないので、リヤバンパのくすみや腐蝕等の発生が抑制され、リヤバンパの見栄えが向上する。
Accordingly, the exhaust gas discharged from the
In this way, the exhaust gas discharged from the
この場合、ボルテックス・ジェネレータ13が凹状のディンプル13aにより構成されていることから、このボルテックス・ジェネレータ13は、メインマフラー12の下面12aから下方に突出することはない。従って、自動車の車体11の最低地上高に影響を与えることはなく、例えば起伏の激しい路面や急坂を走行中に、メインマフラー12の下面12aが路面と干渉する可能性も低く、またディンプル13a自体が外部から見え難いことから、見栄えが損なわれるようなこともない。
In this case, since the
また、自動車用マフラー10の製造の際には、メインマフラー12の材料である鉄板のプレス型に、ディンプル加工のための型を備えることにより、マフラーメーカーは、従来の平坦な鉄板と全く同様にメインマフラーを製造できるので、追加部品が必要なく、部品点数,組み付け工数及び重量の増加がなく、生産コストの上昇が抑制される。
Further, when manufacturing the
さらに、ディンプル13aが形成されていることにより、メインマフラー12の下面12aの表面積がやや増大することから、自動車の走行時に、メインマフラー12がその下面12aに沿って流れる空気流によって効果的に冷却されるので、メインマフラー12の温度が低下する。従って、排気ガスの温度も低下し、排気ガスによるリヤバンパへの溶損等の熱害の発生が抑制され、リヤバンパのデザインの自由度が大きくなる。
Further, since the surface area of the
上述した実施形態においては、ボルテックス・ジェネレータ13の各ディンプル13aは、メインマフラー12の下面12aのみに設けられているが、これに限らず、メインマフラー12の側面及び上面にディンプルが設けられていてもよい。これにより、メインマフラー12の側面又は上面に沿って流れる空気流に、小さな渦流が発生することにより、メインマフラー12そして自動車用マフラー10全体の反響特性そして排気音が変化することになると共に、メインマフラー12の側面または上面に備えられるディンプル13aの大きさ(間隔,直径,深さ)を適宜に調整することによって、所望の排気音にチューニングすることも可能である。
In the above-described embodiment, each dimple 13a of the
10 自動車用マフラー
11 車体
12 メインマフラー
13 ボルテックス・ジェネレータ
13a ディンプル
10 Car Muffler 11
Claims (4)
メインマフラーが、下面に多数の凹状のディンプルを有するボルテックス・ジェネレータを備えていることを特徴とする、自動車用マフラー構造。 In the muffler for automobiles attached to the lower rear of the car body,
A muffler structure for an automobile, wherein the main muffler includes a vortex generator having a number of concave dimples on a lower surface.
The automobile muffler structure according to any one of claims 1 to 3, wherein the main muffler has a large number of concave dimples on an upper surface thereof.
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