JP2019127042A - Air resistance reduction device - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、車両における空気抵抗を低減するための、空気抵抗低減装置に関する。 The present disclosure relates to an air resistance reduction device for reducing air resistance in a vehicle.
車両の空気抵抗が燃費性能、加速性能等に大きく関係することはよく知られている。そのような車両の空気抵抗を低減するべく、車体形状を改良したり、車両に空気抵抗を低減するための装置を備えたりすることが種々提案されている。 It is well known that the air resistance of a vehicle is greatly related to fuel consumption performance, acceleration performance, and the like. In order to reduce the air resistance of such a vehicle, various proposals have been made to improve the shape of the vehicle body or to provide the vehicle with a device for reducing the air resistance.
特許文献1は、乗用車の空気抵抗低減装置の一例を開示する。この空気抵抗低減装置では、滑面に形成されているカバーで覆った乗用車の下面において、車体前端から約500mmの位置よりも後方に(走行時に乱流境界層の生じる位置に)可動壁が設けられる。この可動壁は前述のカバーの凹部に当該カバーの表面と面一に収納される。そして、可動壁よりも内側に形成されたスリットと、更にそのスリットよりも内側に配置された加振機としてのスピーカとが設けられた状態で、そのスピーカが作動される(スピーカに発振させる)。これにより、特許文献1の空気抵抗低減装置では、可動壁の柔軟性、スリットの間隔や幅、及び加振機の発振周波数に応じた振動モード(周波数、振幅)で可動壁を振動させ、走行風の境界層の剥離点を後ろ側にずらし、車両の空気抵抗を低減しようとする。 Patent Document 1 discloses an example of an air resistance reduction device for a passenger car. In this air resistance reduction device, a movable wall is provided on the lower surface of a passenger car covered with a cover formed on a smooth surface, behind the position of about 500 mm from the front end of the vehicle body (at the position where a turbulent boundary layer occurs during traveling) Be The movable wall is accommodated in the concave portion of the cover, flush with the surface of the cover. Then, in a state where a slit formed inside the movable wall and a speaker as an exciter disposed further inside the slit are provided, the speaker is operated (allowing the speaker to oscillate) . Thus, in the air resistance reduction device of Patent Document 1, the movable wall is vibrated in the vibration mode (frequency, amplitude) according to the flexibility of the movable wall, the spacing and width of the slits, and the oscillation frequency of the vibrator, It tries to reduce the air resistance of the vehicle by shifting the separation point of the boundary layer of wind backward.
ところで、車両における空気抵抗を改善するためには、車両の車体表面に沿って流れる気流の当該車体表面からの剥離を抑制することが有効であることは知られている。そのための有効な手段の1つには、車体表面に特別な流れ又はそれに沿って流れる流れの層を意図的に形成することがある。このような流れ又は流れの層を形成するために、例えば電動ポンプを用いることが可能である。 By the way, in order to improve the air resistance in vehicles, it is known that it is effective to control exfoliation from the body surface of the air flow which flows along with the body surface of vehicles. One of the effective means for that purpose is to intentionally form a special flow or a layer of flow flowing along the surface of the vehicle body. For example, an electric pump can be used to form such a flow or flow layer.
しかし、このような流れ又は流れの層の形成を車両において電動ポンプで行う場合、その電動ポンプの作動は例えば車載バッテリの残容量に左右される。この場合、空気抵抗低減のための流れ又は流れの層の形成可能な時期は、限定的になり得る。 However, when the formation of such a flow or flow layer is performed by an electric pump in a vehicle, the operation of the electric pump depends on, for example, the remaining capacity of the on-board battery. In this case, the time when the flow or flow layer can be formed to reduce air resistance can be limited.
本開示の技術は、車両の空気抵抗を低減するために車体表面に流れ又は流れの層を形成させる空気抵抗低減装置において、その形成に必要とされる電力消費を抑制することを目的とする。 The technique of the present disclosure aims to reduce the power consumption required for forming an air resistance reduction device that forms a flow or a flow layer on a vehicle body surface in order to reduce the air resistance of a vehicle.
上記目的を達成するために、本開示の技術は、
車両の空気抵抗低減装置であって、
前記車両の動力源からの排気ガスを該動力源の排気通路から導き出すように構成された排気導出手段と、
該排気導出手段により導出された排気ガスを前記車両の外側の気流剥離抑制部位に供給するように構成された排気供給手段と
を備えた、空気抵抗低減装置
を提供する。
In order to achieve the above object, the technology of the present disclosure
A device for reducing air resistance of a vehicle,
Exhaust exhaust means configured to guide exhaust gas from the power source of the vehicle from an exhaust passage of the power source;
There is provided an air resistance reducing device including an exhaust gas supply unit configured to supply the exhaust gas derived by the exhaust gas deriving unit to an air flow separation suppressing portion outside the vehicle.
好ましくは、前記排気導出手段は、前記動力源の前記排気通路に連通する導出用通路への排気ガスの流れを調節可能にするように設けられた流れ調節手段と、該流れ調節手段の作動を制御する制御手段とを備える。 Preferably, the exhaust lead-out means is provided with flow control means provided to adjust the flow of exhaust gas to a lead-out passage communicating with the exhaust gas passage of the power source, and the operation of the flow control means. And control means for controlling.
本開示の上記技術による空気抵抗低減装置によれば、上記構成を備えるので、排気ガスを排気通路から導き出して車両の外側の気流剥離抑制部位に供給することができる。このように、当該空気抵抗低減装置によれば、電動ポンプを用いる場合に比べて電力消費を抑制しつつ、気流剥離抑制部位に排気ガスによる流れ又は流れの層を形成することができ、よって車両の空気抵抗を低減することが可能になる。 According to the air resistance reduction device according to the above technique of the present disclosure, since the above configuration is provided, exhaust gas can be derived from the exhaust passage and supplied to the air flow separation suppressing portion outside the vehicle. As described above, according to the air resistance reduction device, it is possible to form a flow or flow layer by the exhaust gas at the airflow separation suppression site while suppressing power consumption as compared to the case of using the electric pump. It is possible to reduce the air resistance.
以下、本開示の技術に係る実施形態を添付図に基づいて説明する。同一の部品(又は構成)には同一の符号を付してあり、それらの名称及び機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。 Hereinafter, embodiments according to the technology of the present disclosure will be described with reference to the accompanying drawings. The same parts (or configurations) are given the same reference numerals, and their names and functions are also the same. Therefore, detailed description about them will not be repeated.
図1に、本開示の技術の一実施形態に係る空気抵抗低減装置10が適用された車両としてのトラック12の前方部分を示し、図2にその空気抵抗低減装置10の概略構成を示す。
FIG. 1 shows a front portion of a
本実施形態では、トラック12の前方下部に関して、空気抵抗低減装置10が適用されている。空気抵抗低減装置10は後で詳しく述べるように動力源の排気ガスを外部に供給することで空気抵抗の低減を図るように構成されている。図1では、空気抵抗低減装置10のうちの、排気ガスの供給のための複数の開口部14が表されている。開口部14は、トラック12の走行時にその車体表面に沿って流れる走行風(気流)の車体表面からの剥離を抑制することが望まれる箇所(以下、気流剥離抑制部位)に排気ガスを供給するように設けられていて、車両の前方側から後方側への排気ガスの流れをもたらすように形成されている。ここでは、気流剥離抑制部位は、(衝撃等を和らげるための緩衝装置である)バンパーの下側(から車体下面側)の領域である。したがって、これらの開口部14はトラック12の前方のバンパー12aの下側に車幅方向に並ぶように設けられている。なお、開口部14が設けられる箇所は、バンパー12aの下側に限定されず、種々の気流剥離抑制部位又はその上流側(例えば車両前方側)であり得る。気流剥離抑制部位として、車体周囲に流れる走行風(気流)が剥離し得る箇所又はその周囲を定めることができる。ただし、気流剥離抑制部位は実験により定められ得る。例えば、フロントピラー(Aピラー)12b、サイドミラー12cの保持部、キャブ(運転台、車室)の上壁部12d、キャブ後方の架装物(荷台)前側の上端部12eに、開口部14が設けられてもよい。なお、開口部14はここではスリットであるが、これは開口部14の形状を限定するものではなく、例えば円形の孔とされてもよい。例えば、複数の開口部14に代えて、車幅方向に延びた単一の細長い開口部が設けられてもよい。
In the present embodiment, the air
空気抵抗低減装置10は、トラック12の動力源としての内燃機関(以下、エンジン)24からの排気ガスを導き出すように構成された排気導出手段と、それにより導出された排気ガスをトラック12の外側に供給するように構成された(上述の開口部14を備えた)排気供給手段とを備える。以下では、まず、エンジン24の構成を説明して、そこからの排気導出及び供給について説明を続ける。
The air
図2に示す、トラック12の動力源であるエンジン24は、ここではディーゼルエンジンである。しかし、エンジン24は、種々のエンジンであり得、例えばガソリンエンジンであってもよい。エンジン24は、燃焼室26の内部で燃料および空気の混合気を燃焼させ、シリンダブロック28の気筒28a内でピストン30を往復移動させて動力を発生するものである。燃焼室26の吸気ポートは、吸気マニホールド32に接続され、燃焼室26の排気ポートは、排気マニホールド34に接続されている。また、エンジン24のシリンダヘッドには、吸気ポートを開閉する吸気弁Vi、排気ポートを開閉する排気弁Ve、燃料噴射弁36が燃焼室26ごとに配設されている。吸気マニホールド32は、吸気管38に接続されており、吸気管38は、エアクリーナ40を介して空気取入口(不図示)に接続されている。更に、エアクリーナ40の下流側には、スロットルバルブ42が組み込まれている。一方、排気マニホールド34は、排気管44に接続されている。排気管44は、排気浄化装置46に接続されている。排気ポートの開時に燃焼室から排出された排気ガスは、排気浄化装置46で排気浄化処理が行われた後、排気浄化装置46の下流側に接続された排気管50により区画形成された排気通路48を介して車外に排出される。なお、排気浄化装置46は、種々の構成を備えることができ、例えば粒子状物質(PM)を除去燃焼させるためのディーゼル・パティキュレート・フィルター(DPF)や、選択式還元触媒(SCR触媒)を組み合わせた構成を備えることができる。
An
排気浄化装置46の下流側の排気通路48を区画形成する排気管50には、排気導出手段における流れ調節手段としてのバルブ装置52が組み込まれている。バルブ装置52を介して、排気管50には、排気ガスを排気通路48から導き出すための導出用通路54を区画形成する導出用管56が接続されている。バルブ装置52は、図2に示す構成に限定されず、バタフライ式バルブ、シャッター式バルブ、ピボット式バルブ等の種々の構成を備えることができる。バルブ装置52は、バルブ本体52aと、バルブ本体52aが着座する着座部52b、52cと、バルブ本体52aを動かすためのアクチュエータ58とを備える。後述する制御装置70によりアクチュエータ58の駆動制御が行われ、それによりバルブ装置52(のバルブ本体52a)が作動される。バルブ装置52は、(図2において破線で示す状態にバルブ本体52aがある)排気浄化装置46を通過した排気ガスのほぼ全てが(バルブ装置52の下流側の)排気通路48´を介して車外に排出される状態(完全排出状態)と、(図2において実線で示す状態にバルブ本体52aがある)排気浄化装置46を通過した排気ガスのほぼ全てが導出用通路54に流れる状態(完全導出状態)とを含めて、その間の任意の状態を取り得るように設計されている。なお、初期状態では、バルブ装置52は、完全排出状態になるように設計されているが、完全導出状態やそれらの中間の状態になるように設計されてもよい。
A
導出用通路54を区画形成する導出用管56の下流側には、分配部60が設けられている。ここでは、その分配部60に前述の複数の開口部14が設けられている。したがって、排気通路48からバルブ装置52を介して導出用通路54に導き出された排気ガスは前述の複数の開口部14からトラック12の外側の気流剥離抑制部位に供給可能になる。
A
なお、本実施形態では、バルブ装置52と制御装置70(の一部)とを含んで排気導出手段は構成されている。また、導出用通路54と開口部14とを含んで排気供給手段は構成されている。
In the present embodiment, the exhaust gas discharge means is configured to include the
バルブ装置52のアクチュエータ58の作動を制御する機能を備えた上記制御装置70は、演算装置(例えばCPU)、記憶装置(例えばROM、RAM)、入出力ポート等を備え、所謂コンピュータとしての構成を備えている。制御装置70には、入力ポートを介して種々のセンサが接続され、例えばエンジン回転速度を検出するためのエンジン回転速度センサ72、エンジン負荷を検出するためのエンジン負荷センサ74、及び、車速を検出するための車速センサ76、ブレーキペダルが踏まれることでOFF状態からON状態になるブレーキスイッチ78が接続されている。エンジン回転速度センサ72は、ピストン30がコンロッドを介して接続されたクランクシャフトの回転角を検出するためのクランク角センサであり得る。エンジン負荷センサ74は、運転者により操作されるアクセルペダルの操作量(アクセル開度)を検出するためのアクセル開度センサ、吸気通路の圧力を検出するための吸気圧センサなどであり得る。そして、制御装置70は、それらのセンサからの出力(入力)に応じて、予め記憶したプログラムやデータ等に従って、燃料噴射弁36やスロットルバルブ42の作動を制御する他、バルブ装置52(のアクチュエータ58)の作動を制御する。つまり、制御装置70の一部は、流れ調節手段としてのバルブ装置52のアクチュエータ58の作動を制御する制御手段としての機能を担う。
The
ここで、図3のフローチャートに基づいて空気抵抗低減装置10におけるバルブ装置52の、制御装置70による制御について説明する。まず、制御装置70は、ステップS301において、車速が所定速度以上か否かを判定する。車速は、車速センサ76の出力に基づいて検出される(取得される)。所定速度は、ここでは、空気抵抗の低減効果が望まれる走行状態か否かを判定するための指標として定められている。そして、車速が所定速度以上であるのでステップS301で肯定判定されるとステップS303に進む。
Here, control of the
ステップS303では、運転状態が所定の運転状態か否かが判定される。判定対象となる運転状態は、ここではエンジン運転状態であり、エンジン回転速度センサ72の出力及びエンジン負荷センサ74の出力に基づいて検出される(取得される)。ここでは、所定の運転状態は低負荷領域の運転状態として定められている。所定の運転状態は、低負荷領域の運転状態に限定されず、例えば排気圧、導出用通路での圧力などを考慮して定められてもよい。なお、判定対象となる運転状態はエンジン回転速度センサ72の出力及びエンジン負荷センサ74の出力に基づく要求トルクと解されてもよい。そして、運転状態が所定の運転状態であるのでステップS303で肯定判定されるとステップS305に進む。 In step S303, it is determined whether or not the operating state is a predetermined operating state. The operating state to be determined here is the engine operating state, and is detected (acquired) based on the output of the engine rotational speed sensor 72 and the output of the engine load sensor 74. Here, the predetermined operation state is defined as an operation state in a low load region. The predetermined operating state is not limited to the operating state in the low load region, and may be determined in consideration of, for example, the exhaust pressure, the pressure in the lead-out passage, and the like. The operating condition to be determined may be understood as the required torque based on the output of the engine rotational speed sensor 72 and the output of the engine load sensor 74. Then, since the driving state is a predetermined driving state, when the positive determination is made in step S303, the process proceeds to step S305.
ステップS305では、制動操作が無いか否かが判定される。制動操作の有無は、ブレーキスイッチ78のON−OFF状態に応じて判定される。ブレーキペダル78が踏まれていないのでブレーキスイッチ78がOFF状態であるとき、ステップS305で肯定判定される。なお、このステップS305での判定が行われる理由の1つは、ブレーキペダルが踏まれているときは、空気抵抗を低減する特段の必要性がないからである。 In step S305, it is determined whether or not there is a braking operation. The presence or absence of the braking operation is determined according to the ON-OFF state of the brake switch 78. When the brake switch 78 is in the OFF state because the brake pedal 78 is not depressed, an affirmative determination is made in step S305. Note that one of the reasons why the determination in step S305 is performed is that there is no particular need to reduce the air resistance when the brake pedal is depressed.
ステップS305で肯定判定されるとき、ステップS307で、供給フラグがONにされる。なお、初期状態では、供給フラグはOFF状態にある。供給フラグがON状態にされると、制御装置70は、予め記憶しているプログラムやデータに従って、ステップS303で取得した又はそのときに新たに取得した運転状態に応じてバルブ装置52のバルブ本体52aの目標開度(目標位置)を算出する。ただし、このときに算出される目標開度は導出用通路54へ排気ガスの少なくとも一部が流れることができる開度である。なお、バルブ本体52aの目標開度は、更に車速などにも基づいて算出されてもよい。そして、制御装置70は、バルブ本体52aの開度が算出した目標開度になるようにバルブ装置52のアクチュエータ58の作動を制御する。なお、供給フラグがON状態になったとき、単に予め定められた開度(位置)にバルブ本体52aは動かされてもよい。これにより、排気ガスを排気通路48から導出用通路54に導き出し、導出用通路54及び開口部14を介してトラック12の外側、特に車体表面に沿って流れる気流の剥離を抑制したい箇所つまり気流剥離抑制部位に供給することができる。なお、ステップS307を経ることで当該ルーチンは終了し、次のルーチンのステップS301が実行される。
When an affirmative determination is made in step S305, the supply flag is turned on in step S307. In the initial state, the supply flag is in the OFF state. When the supply flag is turned ON, the
一方、車速が所定速度以上でないのでステップS301で否定判定されたり、動力源であるエンジンの運転状態が所定の運転状態でないのでステップS303で否定判定されたり、ブレーキスイッチ78がON状態であるのでステップS305で否定判定されたりすると、ステップS309で前述の供給フラグがOFFにされる。供給フラグがOFF状態にされると、制御装置70は、バルブ装置52のバルブ本体52aが図2において破線で示す状態になるように、アクチュエータ58の作動を制御する。これにより、排気浄化装置46を通過した排気ガスのほぼ全てが、開口部14を介さずに、排気通路48´を介して車外に排出されるようになる。なお、ステップS309を経ることで当該ルーチンは終了し、次のルーチンのステップS301が実行される。
On the other hand, since the vehicle speed is not equal to or higher than the predetermined speed, a negative determination is made in step S301. A negative determination is made in step S303 because the operating state of the engine as the power source is not the predetermined operating state. If a negative determination is made in S305, the aforementioned supply flag is turned OFF in step S309. When the supply flag is turned OFF, the
以上説明したように、本実施形態の空気抵抗低減装置10によれば、エンジン24の排気ガス(特に排気浄化装置46で浄化処理された排気ガス)を排気通路から導き出して開口部14を介して車外に供給して、車体表面上の気流剥離抑制部位に(排気ガスを主とする)流れ又は流れの層を形成することができる。したがって、空気抵抗低減装置10によれば、特にトラック12の走行時、走行風(気流)の車体表面からの剥離を抑制することができ、よって空気抵抗を低減することが可能になる。
As described above, according to the air
なお、本開示は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜に変形して実施することができる。例えば、動力源は、エンジンであることに限定されず、燃料電池システムであってもよい。動力源が燃料電池システムである場合、燃料電池から排出される水蒸気等が本開示の技術における(動力源からの)「排気ガス」にあたる。また、開口部14は、単なる吹き出し口として構成されることに限定されず、排気ガスが流れる方向をより安定させるために車両内側から外側に向けて先細りとなるように形づけられてもよく、開口部14にノズルが設けられてもよい。また、本開示の技術が適用される車両はトラックに限定されず、本開示の技術は種々の車両に適用され得る。
In addition, this indication is not limited to the above-mentioned embodiment, In the range which does not deviate from the meaning of this indication, it can change suitably and can be carried out. For example, the power source is not limited to being an engine, and may be a fuel cell system. When the power source is a fuel cell system, the water vapor and the like discharged from the fuel cell correspond to the “exhaust gas” (from the power source) in the technology of the present disclosure. Also, the
また、上記実施形態では、バルブ装置52は排気通路48に組み込まれたが、排気通路48に連通する導出用通路54に設けられてもよい。更に、上記実施形態では、車両の空気抵抗低減のために排気ガスを開口部14を介して車外に供給するときは、上記ステップS301からS305の全ての判定で肯定判定されたときであった。しかし、本開示の技術はこれに限定されず、例えば、ステップS301の条件が満たされたとき(ステップS301で肯定判定されたとき)、あるいは、ステップS303の条件が満たされたとき(ステップS303で肯定判定されたとき)は何時でも供給フラグがONにされてもよい。
Further, in the above embodiment, the
10 空気抵抗低減装置
12 トラック(車両)
14 開口部
24 エンジン
26 燃焼室
28 シリンダブロック
30 ピストン
32 吸気マニホールド
34 排気マニホールド
36 燃料噴射弁
40 エアクリーナ
42 スロットルバルブ
44、50 排気管
46 排気浄化装置
48、48´ 排気通路
52 バルブ装置(流れ調節手段)
54 導出用通路
56 導出用管
58 アクチュエータ
60 分配部
70 制御装置
72 エンジン回転速度センサ
74 エンジン負荷センサ
76 車速センサ
78 ブレーキスイッチ
10 Air
14
54
Claims (2)
前記車両の動力源からの排気ガスを該動力源の排気通路から導き出すように構成された排気導出手段と、
該排気導出手段により導出された排気ガスを前記車両の外側の気流剥離抑制部位に供給するように構成された排気供給手段と
を備えた、空気抵抗低減装置。 A device for reducing air resistance of a vehicle,
Exhaust exhaust means configured to guide exhaust gas from the power source of the vehicle from an exhaust passage of the power source;
An air resistance reduction device, comprising: an exhaust gas supply unit configured to supply the exhaust gas derived by the exhaust gas deriving unit to an air flow separation suppressing portion outside the vehicle.
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WO2019035159A1 (en) * | 2017-08-14 | 2019-02-21 | 日産自動車株式会社 | Mobile body |
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A131 | Notification of reasons for refusal |
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A977 | Report on retrieval |
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A02 | Decision of refusal |
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