JP2018188118A - ホイールハウス用整流板及びホイールハウスカバー - Google Patents

Abstract

【課題】回転するタイヤのトレッド面に引きずられることによって生じるホイールハウス内の空気の流れをホイールハウス内側に導くことによって、ホイールハウスから車体側面に噴き出される乱れた空気の流れを減少させるとともに走行中にタイヤ接地面前方に生じる空気の圧力上昇を押さえ走行抵抗を減少させる。【解決手段】ホイールハウスカバー内側に沿った空気の流れを内側に導く整流板を付加する。または、ホイールハウスカバーを空気の流れを内側に導く機能を有する連続した凹凸を組み込んだ形状にするか、ホイールハウスカバーとタイヤトレッド面の隙間を外側より内側が広くなるように勾配を設けた形状にする。【選択図】図１

Description

本発明は、ホイールハウス内の空気流を整流するための車両用空力構造に関する。

自動車のホイールハウス内における車輪に対する前側又は車幅方向内側にバッフルを固定して構成された空力スタビライザやホイールハウスのエアガイド構造が知られている。
特表２００３−５２８７７２号 実開平３−１０２３８６号 特開２０１３−１１２１４５号

タイヤが回転することによってタイヤトレッド面に沿った空気の流れがホイールハウス内に生じる。ホイールハウス内の空気の流れの一部はホイールハウスから外側に噴出し、車体側面に沿う空気の流れを大きく乱している。ホイールハウス内の空気の流れを改善することは以前から考えられてきたが、ホイールハウス内のタイヤトレッド面の動きに沿った空気の流れをホイールハウス内側に向きを変えた後、タイヤとホイールハウスの内側の空間から車体底面と路面の間に排出するという考えはなかった。

本発明は、タイヤの回転によって生じるホイールハウス内の空気の流れを内側に向きを変えた後、タイヤとホイールハウスの内側の空間から車体底面と路面の間に排出することによって、ホイールハウスから車体側面に噴き出される空気によって生じる乱れた空気の流れを減少させるとともに、タイヤトレッド面の動きに沿う空気の流れによって生じるタイヤ接地面前方に生じる圧力上昇を押さえることによって走行抵抗を減少させることが目的である。

タイヤの回転によって生じる空気の流れはタイヤトレッド面とタイヤサイドウォールの動きに空気が引きずられることによって生じるが、一般の乗用車のタイヤトレッド面には雨天走行時の排水を考えてトレッドパターンがデザインされているためサイドウォールに比べて周辺の空気を引きずる効果が大きくホイールハウス内の空気の流れは基本的にはタイヤトレッド面の動きに沿った空気の流れとなる。

回転するタイヤのトレッド面の動きは、車体の進行方向に対してタイヤの後ろ側では車体に対して上方に、タイヤの上側では車体に対して前方に、タイヤの前側では車体に対して下方に、そしてタイヤの下側では車体に対して後方に移動する動きになる。ホイールハウス周辺の空気の流れは、ホイールハウス内の空気の流れとタイヤがむき出しになって外気と触れている部分では空気の流れが大きく異なることを考慮する必要がある。

ホイールハウスは車体の装着されているため車体とホイールハウスは同じ位置関係を保ったまま移動する。タイヤトレッドに接する空気はタイヤトレッド面の動きに引きずられることによってタイヤトレッド面に沿った空気の流れが生じる。タイヤトレッド面の動きによって生じた空気の流れはその周囲の空気を引きずりタイヤの回転速度が高くなると更に更にその周囲の空気を引きずりその範囲をだんだん拡大してホイールハウス内では最終的にホイールハウスカバーの内側に沿った空気の流れが生じる。

ホイールハウスカバーの内側に沿った空気の流れはタイヤトレッド面とホイールハウスカバーの距離が近い程タイヤトレッド面の動きの影響を受けやすくなり空気の流れを乱すものがない程タイヤトレッド面の動きに沿って流れやすくなる。

タイヤトレッド面の動きに沿って生じるホイールハウス内の空気の流れはホイールハウス後方から空気を吸い込みタイヤ後方では下から上向きに、タイヤ上方では後ろから前向きに、タイヤ前方では上から下向きに方向を変えながらホイールハウスカバーの内側とタイヤの空間に沿って流れタイヤの前方とホイールハウスカバーの隙間からタイヤ接地面前方の空間に路面に向かって下向きに勢いよく排出される。

ホイールハウス前方から下向きに排出された空気の流れは引き続きタイヤトレッド面に沿って流れようとし、車体が前方に移動することによって生じる車体前方からの空気の流れと合流する。合流した空気の流れはタイヤトレッド面に沿って車体に対して後方に流れようとするがタイヤ接地面に向かうに従いタイヤトレッド面と路面の隙間はどんどん狭められ最終的にタイヤトレッド面に沿う空気の流れはタイヤ接地面によって遮られる。

流れを遮られた空気はタイヤ接地面前方によどみ点を生じさせた後、強制的にタイヤトレッド面に対して左右に押し広げられる。タイヤ接地面前方の圧力上昇は車体が前方に移動することによって生じるタイヤの空気抵抗だけでなくホイールハウスから排出されるタイヤトレッド面に沿った空気の流れによって生じていると考えられる。

タイヤ接地面前方の圧力が上昇するとホイールハウス内の空気の流れはタイヤとホイールハウスの隙間からタイヤ接地面前方にスムーズに排出されにくくなり行き場を失った空気の流れはタイヤとホイールハウスの隙間から車体側面に向けてあふれ出し、車体側面に沿う空気の流れを乱しながら後方に流れていくことになる。この乱れた空気の流れは大きな抵抗となって車体の空力性能を低下させる。この現象はインターネットで配信されるコンピューターシュミレーションの画像や雨天走行時に見られるホイールハウスから噴き出される水しぶきによって確認することができる。

本発明はタイヤトレッド面に沿う空気の流れに着目し、ホイールハウス内に生じる空気の流れを内側に導き、タイヤの内側とホイールハウスの隙間から車体底面と路面の間の空間に噴き出されるようにすることにより、タイヤ接地面前方の圧力上昇を押さえるとともにホイールハウスとタイヤの隙間から車体側面に溢れ出すように排出される乱れた空気の流れを減少させようとするものである。

回転するタイヤが外気にさらされる部分の空気の流れはホイールハウス内の流れとは異なる視点で考える必要がある。外気にさらされる部分は基本的には車体が前方に移動することによって生じる空気抵抗と同じように考えられるが、タイヤは回転しながら前方に移動することによって路面に対する相対速度は車体の移動速度とは異なる。ホイールハブを回転中心とするタイヤの動きはタイヤの上方では車体に対してタイヤの上方は前方に向かって動き、タイヤの下方では車体に対して後方に移動する。タイヤの上方は車速にタイヤが前方に移動する動きが加わるのでタイヤ上方の相対的な移動速度は車速より速くなる。タイヤの下方では車体の進行方向とタイヤの動きの向きが逆になるためタイヤ表面の相対的な移動速度は車速より遅くなる。

タイヤの接地面がスリップしていない状態では路面とタイヤの動きに速度差が生じないので路面が動かないと考えるとタイヤ接地面に進行方向に対する移動速度もゼロになるはずである。これはタイヤ接地面では車体が前方に移動する速度と回転するタイヤのトレッド面が後方に移動する速度が同じ速度で逆方向に移動することによって成り立つ。

一般的には回転するタイヤの駆動力が接地面に伝えることによって車体は前方に移動するとイメージされやすいが、車体が前方に移動するにはタイヤ接地面と路面間の摩擦力がタイヤ接地面に作用する駆動力より大きいという条件が必要になる。タイヤがグリップした状態ではタイヤの駆動力で地面を動かすことはできないので、タイヤを回転させようとする駆動力に対する路面の反力によってタイヤの回転中心であるホイールハブが前方に移動させられ、ホイールハブを支える車体が前方に移動させられると考えた方が合理的である。

反力によって車体が動かされていると考えればホイールハウス内の空気の流れを変えることによって生じる反力も車体を前方または下方に動かす力として利用することができると考えられる。

ホイールハウスカバー内側に、タイヤトレッドの動きに沿う空気の流れを整流板によってホイールハウス内側に変えると整流板には空気の流れの方向を変えることによる反力が作用する。タイヤトレッドに沿う空気の流れの方向はホイールハウス内の位置によって異なるので反力が作用する方向は整流板の取り付け位置によって異なる。従って整流板を取り付ける位置は車体をどの方向に動かしたいかを考慮して取り付ける必要がある。タイヤの上方にホイールハウスカバーに沿う空気の流れを内側に導く整流板を取り付けると整流板に沿う空気の流れによって生じる反力はホイールハウスカバーを前方に移動させる力として作用する。この反力はホイールハウスカバーを介して車体を前方に移動させる力として作用する。

タイヤの前方にホイールハウスカバーに沿う空気の流れを内側に導く整流板を取り付けると整流板に沿う空気の流れによって生じる反力はホイールハウスカバーを下方に移動させる力として作用する。この反力はホイールハウスカバーを介して車体を下方に移動させる力として作用する。

タイヤの後方にホイールハウスカバーに沿う空気の流れを内側に導く整流板を取り付けると整流板に沿う空気の流れによって生じる反力はホイールハウスカバーを上方に移動させる力として作用する。この反力はホイールハウスカバーを介して車体を上方に移動させる力として作用する。

タイヤの上方の隙間からホイールハウス内の空気が噴き出すとその空気の流れは外気にさらされる空気の流れとなり車体に対して前方に向かって空気の流れが噴き出されることになる。この空気の流れは車体側面に沿う空気の流れを大きく乱し空気抵抗を増大させてしまうのでタイヤの上方に整流板を取り付け空気の流れを内側に導いてタイヤの上方の隙間からホイールハウス内の空気が噴き出されないようにすることは空気抵抗を増大させないための有効な手段となる。同時に整流板に作用する反力はホイールハウスカバーを介して車体を前方に押し出す力として作用するので空気抵抗による後ろ向きの力を相殺する力として作用する。

タイヤの前方に整流板を取り付け空気の流れを内側に導くことはタイヤの内側とホイールハウスカバーの間の空間から内側下方に向けて噴き出す空気の流れを作り出し、タイヤトレッド面に沿う空気の流れを内側にずらすことによってタイヤ接地面前方の圧力上昇を押さえる有効な手段となる。同時に整流板に作用する反力はホイールハウスカバーを介して車体を下方に押し下げるダウンフォースとして作用する。

タイヤの後方に空気の流れを内側に導く整流板を取り付けると整流板に作用する反力はホイールハウスカバーを介して車体を上方に移動させる力が作用してしまうためタイヤの後方に整流板を取り付けて空気の流れを内側に導くことは得策でない。タイヤの後方に整流板を取り付ける場合は、流れの向きを内側に導くよりタイヤトレッドに沿う空気の流れを整流してタイヤ上方に取り付けた整流板に送り込むようにすることが有効な手段となる。整流板によってタイヤトレッドに引きずられる空気の範囲を仕切り整流して空気の流れをタイヤ上方に取り付ける整流板に送り込むことによってタイヤ上方に取り付けた整流板は効率よく機能する。

ホイールハウスカバーに沿う空気の流れを内側に導く手段は整流板をホイールハウスカバー内側に付加する手段、整流板と同等の効果をもたらす連続的な突起または凹凸をホイールハウスカバーの形状に組み込む手段、ホイールハウスカバーとタイヤの隙間を外側より内側が広くなるように勾配を付けた形状にする手段がある。これらの手段は併用することが可能である。

ホイールハウスカバーに沿う空気の流れを内側に変える整流板またはホイールハウスカバーの連続した突起または凹凸は、スムーズに空気が流れるようにしながら流れの方向を変え内側に導く形状にすることを基本とする。空気の流れを斜めに遮ることで向きを変えることも可能であるが、湾曲させてヨットの帆のように整流板または連続した突起または凹凸に沿ってスムーズに空気が流れるようにしながら流れの向きを変えれば反力だけでなく揚力も利用することができる。

本発明の実施形態を図面に示して説明する。

図１及び図２にホイールハウスカバー１の内側にタイヤ２のトレッド面の動きに沿う空気の流れの向きをホイールハウスの内側に導く湾曲した形状を特徴とする整流板３とトレッド面の動きに沿う形状を特徴とする整流板４を装着した事例を示す。タイヤ２のトレッド面の動きに沿う空気の流れの向きをホイールハウスの内側に導く湾曲した形状を特徴とする整流板３はタイヤの上方から前方のホイールハウスカバー内側に装着し、トレッド面の動きに沿う形状を特徴とする整流板４はタイヤ後方のホイールハウスカバー内側に装着する。

図３にホイールハウスカバーのデザインにタイヤトレッド２の動きに沿う空気の流れの向きをホイールハウスの内側に導く湾曲した形状を特徴とする連続した突起５または凹凸をホイールハウスカバーに組込みこんだ事例を示す。タイヤ２のトレッド面の動きに沿う空気の流れの向きをホイールハウスの内側に導く湾曲した形状を特徴とする突起または凹凸５はタイヤの上方から前方のホイールハウスカバーの形状に組み込み、トレッド面の動きに沿う形状を特徴とする突起または凹凸はタイヤ後方のホイールハウスカバーの形状に組み込む。

図４、図５及び図６にホイールハウスカバーの形状をホイールハウカバーとタイヤの隙間を外側より内側が広くなるように勾配を付けたデザインにすることにより、ホイールハウスカバー１の内側にタイヤトレッド２の動きに沿う空気の流れの向きをホイールハウスの内側に導く形状を示した事例を示す。

タイヤのトレッドの動きに沿う空気の流れをホイールハウスの内側に導く整流板、空気の流れをホイールハウスの内側に導く連続した突起または凹凸を組み込んだ形状にしたホイールハウスカバー及び、タイヤトレッド面の空間を外側より内側が広くなるように勾配を設けた形状にしたホイールハウスカバーはそれぞれの手段を用いてホイールハウス内の空気の流れを内側に導くことが可能である。これらを組み合わせることも可能である。

ホイールハウス内の空気の流れは、タイヤの後部ではタイヤトレッド面に沿う空気の流れを整流してタイヤ上部まで導き、タイヤ上部からタイヤ前部にかけてタイヤトレッドに沿う空気の流れをホイールハウス内側に導きタイヤの内側とホイールハウスカバーの隙間から車体底部と路面の間に排出するという流れを基本とするが、タイヤの前部または上部に限定して装着してもよい。ホイールハウスカバーから排出される空気の流れは路面に向けて真下に噴き出されるようにするよりもタイヤの内側とホイールハウスカバーの隙間から車体底部と路面の間に内側斜め後方に向かって排出されるようデザインすることが望ましい。

整流板は既存のホイールハウスカバーに両面テープやアルミテープ、またはネジ等を利用して装着することができる。また、製造会社においてはホイールハウスカバーのデザインにタイヤトレッド２の動きに沿う空気の流れの向きをホイールハウスの内側に導く湾曲した形状を特徴とする連続した突起や凹凸を組込み一体化させることができる。

本発明では、タイヤのトレッドの動きに沿う空気の流れをホイールハウスの内側に導くことによってタイヤ接地面前方の圧力上昇と車体側面を流れる空気の乱れを押さえることを目的としており、その目的を達成するための整流板とホイールハウスカバーは車種によって様々な形状が考えられる。タイヤのトレッドの動きに沿う空気の流れをホイールハウスの内側に導くことを目的として装着またはデザインされるものであればその形状や数、配置は限定されない。図３と図１の配列は異なるがこれらの配列はタイヤ２のトレッド面の動きに沿う空気の流れの向きをホイールハウスの内側に導く形状の代表的な事例を示すもので整流板の配置や数、大きさを限定するものではない。

発明の効果

本発明は、回転するタイヤのトレッド面に引きずられることによって生じるホイールハウス内の空気の流れをホイールハウス内側に導きタイヤの内側とホイールハウスカバーの隙間から車体底部と路面の隙間に排出することによって、ホイールハウスから車体側面に噴き出される空気の流れを減少させ車体側面を流れる空気の乱れを押さえるとともに、走行中にタイヤ接地面前方に生じる空気の圧力上昇を押さえることによって走行抵抗を減少させることができるという優れた効果を有する。

回転するタイヤのトレッド面に引きずられることによって生じるホイールハウス内の空気の流れをホイールハウス内側に導くことによって生じる反力を利用して、車体を下方に移動させる力と車体を前方に移動させる力を加えることができる。車体を下方に移動させる力はタイヤ前方にホイールハウス内の空気の流れを変えホイールハウス内側に導く整流板、突起または凹凸に作用する反力によって得られ車体を下側に押さえつけるダウンフォースとして作用する。車体を前方に移動させる力はタイヤ上方にホイールハウス内の空気の流れを変えホイールハウス内側に導く整流板、突起または凹凸に作用する反力によって得られ空気抵抗によって車体が後方に押される力を相殺する力として作用する。

本発明はホイールハウスカバー製造会社においても既存のホイールハウスカバーにも組み込ことが可能であり産業上の利用可能性を有する。

ホイールハウスカバーに整流板を装着した事例を示す平面図である。 ホイールハウスカバーに整流板を装着した事例を示す側面の形状を示す断面図である。 ホイールハウスカバーに整流効果を有する突起を組み込んだ事例を示す平面図である。 勾配を設けた形状を特徴とするホイールハウスカバーを示す平面図である。 勾配を設けた形状を特徴とするホイールハウスカバーの内側側面の形状を示す断面図である。 勾配を設けた形状を特徴とするホイールハウスカバーの外側側面の形状を示す断面図である。

１． ホイールハウスカバー
２． 流れの向きを内側に変える整流板
３． タイヤの回転に沿う整流板
４． タイヤ
５． 流れの向きを内側に変える突起
６． 勾配

Claims (4)

1. ホイールハウス内に生じるタイヤの回転に沿った空気の流れをホイールハウス内側に導くことを目的とする整流板を付加するか、ホイールハウスカバーの形状を連続した突起または凹凸を組み込むか勾配を設けることによってホイールハウス内に生じるタイヤの回転に沿った空気の流れをホイールハウス内側に導く機能を有することを特徴とするホイールハウスカバー。
2. ホイールハウスカバー内側に装着することによってホイールハウスカバー内側に沿う空気の流れをホイールハウス内側に導く機能を付加することを目的とする請求項１の整流板。
3. ホイールハウス内に生じるタイヤの回転に沿った空気の流れをホイールハウス内側に導く整流効果をもたらす連続した突起または凹凸を持つ形状を特徴とする請求項１のホイールハウスカバー。
4. ホイールハウスカバーの形状を、ホイールハウスカバーとタイヤトレッド面との隙間をタイヤの外側よりも内側が広くなるように勾配をつけることによって、ホイールハウス内に生じるタイヤの回転に沿った空気の流れをホイールハウス内側に導く機能を有することを特徴とする請求項１のホイールハウスカバー。