JP2022150742A - 整流装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車体表面における気流の剥離を抑制した整流装置を提供する。【解決手段】整流装置３００を、車両の走行時に車体表面に沿って流れる気流が剥離する剥離発生部又は剥離発生部と隣接する箇所において外装部材２４２に形成された開口３０２と、一方の端部が開口と連通し他方の端部が負圧源に接続された空気吸入流路３０１とを備える構成とする。【選択図】図３

Description

本発明は、車両の走行時における車体周辺の気流を整流する整流装置に関する。

自動車等の車両の車体周囲の気流の利用あるいは整流に関する従来技術として、例えば特許文献１には、エンジンの吸気構造において吸気ダクトへのダストの流入を低減するため、車体側面部に取込口を設けるとともに、取込口から取り込まれた空気の流れが遮流部、整流部を順次通過して吸気ダクトへ導入されることが記載されている。
特許文献２には、車両の側方における空気流を整流するため、フロントバンパの車幅方向両端部に、所定の寸法及び傾斜角度を有する段差部を形成することが記載されている。
特許文献３には、車体を空力的に路面側へ押し付ける力であるダウンフォースを得るため、車両のフロントウイング、リアウイング、リアディフューザーの下面部に気流を取り込む取込み口を設けて、エンジンの吸気負圧によって吸引することが記載されている。

特開２０１０－２５５４３３号公報 特開２０１４－１３３４８７号公報 特開２０１６－ ８４１１９号公報

従来の自動車等における空力開発では、車両周囲を流れる気流の乱れを極力抑制する整流効果が得られるように、例えばフロントバンパ等の外装部材の形状設定を行っていた。
しかし、例えば、車両の諸元（一例としてフロントオーバハング長など）や、意匠面からの制約のため、空力的な要求を最優先して外装部材の形状設定を行うことは難しい。
例えば、フロントバンパの側端部にフォグランプ取付部などの突出部を設けた場合、その後方側で車体表面からの気流の剥離が生じやすく、剥離により生じた渦を伴う乱流が成長しながら車体側面に沿って進行し、車両の空気抵抗や空力騒音（いわゆる風切音）を悪化させる場合がある。
一方、仮に空力性能を最重要視した形状設定を行った場合には、車両の意匠性に大きな制約が生じることになり、車両としての商品性を損なうことが懸念される。
このような問題は、フロントバンパに限らず、外装部品一般に生じ得るものである。
上述した問題に鑑み、本発明の課題は、車体表面における気流の剥離を抑制した整流装置を提供することである。

上述した課題を解決するため、本発明の整流装置は、車両の走行時に車体表面に沿って流れる気流が剥離する剥離発生部又は前記剥離発生部と隣接する箇所において外装部材に形成された開口と、一方の端部が前記開口と連通し他方の端部が負圧源に接続された空気吸入流路とを備えることを特徴とする。
これによれば、車体表面において気流が剥離して形成される乱れを吸引することにより、渦等を伴う乱流が成長しながら車両後方側へ進行することを防止し、剥離した気流を車体表面に吸い寄せるよう整流して車両の空気抵抗、空力騒音を改善することができる。

本発明において、前記負圧源は、エンジンに新気を導入する吸気装置である構成とすることができる。
これによれば、負圧源として整流装置専用の負圧ポンプやエジェクタなどを設ける必要がなく、装置構成を簡素化することができる。

本発明において、前記開口は、車体表面に形成された曲面の曲率が局所的に大きくなる箇所に設けられ又は前記箇所に隣接して設けられる構成とすることができる。
これによれば、気流の剥離が生じやすい箇所又はこのような箇所に隣接して開口を設けることにより、剥離により生じる乱れを確実に吸引し、より効果的に上述した効果を得ることができる。

本発明において、前記開口は、フロントバンパの側面部に設けられる構成とすることができる。
これによれば、フロントバンパの前面部と側面部との境界部から気流が剥離して形成される乱れを吸引することによって、乱流が成長しながら車体側面部に沿って後方側へ進行することを防止し、剥離した気流を車体表面側へ吸い寄せて車体側面部を整流することができる。
これによって、車両の空気抵抗、空力騒音を改善することができる。

本発明において、前記開口は、前記剥離発生部に対して前記気流の下流側に設けられる構成とすることができる。
これによれば、気流の剥離点よりも後流側における剥離領域の拡大を抑制し、乱流の成長をより効果的に防止することができる。

以上説明したように、本発明によれば、車体表面における気流の剥離を抑制した整流装置を提供することができる。

本発明を適用した整流装置の第１実施形態を有する車両の車体前部の模式的側面図である。 比較例及び第１実施形態の整流装置を有する車両における走行時の車体周囲の気流の流速分布のシミュレーション結果を示す図である。 比較例及び第１実施形態の整流装置を有する車両における走行時の車体周囲の気流の挙動を示す模式図である。 本発明を適用した整流装置の第２実施形態を有する車両の車体前部の模式的側面図である。 本発明を適用した整流装置の第３実施形態を有する車両の車体前部の模式的側面図である。 本発明を適用した整流装置の第４実施形態を有する車両の車体後部の模式的側面視図である。 本発明を適用した整流装置の第５実施形態を有する車両の車体後部の模式的側面視図である。

＜第１実施形態＞
以下、本発明を適用した整流装置の第１実施形態について説明する。
第１実施形態の整流装置は、例えば、車室前方にエンジンルームが設けられる、いわゆる２ボックス又は３ボックスの車型を有する乗用車等の自動車に設けられるものである。
図１は、第１実施形態の整流装置を有する車両の車体前部の模式的側面視図である。

車両１は、車室１００、エンジンコンパートメント２００を有する。
車室（キャビン）１００は、乗員等を収容する空間部を有する部分であって、車体中央部に設けられている。
車室１００は、フロントウインドウガラス１１０、Ａピラー１２０、ルーフ１３０、フロントサイドドア１４０等を有する。

フロントウインドウガラス１１０は、車室１００の前端部上方に設けられている。
Ａピラー１２０は、フロントウインドウガラス１１０の側端部に沿って配置され、閉断面を有する柱状の構造部材である。
ルーフ１３０は、車室１００の天井部分を構成し、フロントウインドウガラス１１０の上端部から車両後方側に伸びて配置されている。
フロントサイドドア１４０は、車室１００の側面部前方側に設けられ、前席乗員の乗降に用いられる開閉式の扉体である。

エンジンコンパートメント２００は、エンジン、トランスミッション、各種補機類等のパワーユニットを構成する各種部品を収容する空間部を有する部分である。
エンジンコンパートメント２００は、車室１００の前端部下方（フロントウインドウガラス１００よりも下方の領域）から車両前方側へ突き出して設けられている。
エンジンコンパートメント２００の周囲には、フロンドフード２１０、フロントフェンダ２２０、フロントホイルハウス２３０、フロントバンパフェイス２４０、フロントコンビネーションランプ２５０、フロントグリル２６０等が設けられている。

フロントフード２１０は、エンジンコンパートメント２００の上部に設けられる外装部材である。
フロントフード２１０は、エンジンコンパートメント２００の上部開口を開閉可能な蓋状体として構成されている。

フロントフェンダ２２０は、エンジンコンパートメント２００の側面部に設けられた外装部材である。フロントフェンダ２２０の上端部は、フロントフード２１０の側端部と隣接して配置される。

フロントホイルハウス２３０は、前輪ＦＷを収容する空間部である。
フロントホイルハウス２３０は、エンジンコンパートメント２００の側部に設けられている。
フロントホイルハウス２３０は、フロントフェンダ２２０の中央部に開口している。

フロントバンパフェイス２４０は、車体前端部に設けられた外装部材である。
フロントバンパフェイス２４０は、例えばポリプロピレン等の樹脂系材料によって形成されている。

フロントバンパフェイス２４０は、前面部２４１、側面部２４２、フォグランプ取付部２４３、エアダム部２４４等を備えている。
前面部２４１は、車両前方に面した部分である。
前面部２４１は、車両１を上方から見た平面視において、車両前方が凸となる弧状の緩曲面として形成されている。
側面部２４２は、前面部２４１の左右側端部から車両後方側へ張り出した面部である。
側面部２４２は、車両外側が凸となる緩曲面として形成されている。
前面部２４１と側面部２４２との境界部は、局所的に大きな曲率を有するコーナ部となっている。
このようなコーナ部は、車両の走行時に車両表面に沿って流れる気流（走行風）が剥離する剥離発生部となることが多い。

フォグランプ取付部２４３は、灯火装置の一種であるフォグランプが取り付けられる部分である。
フォグランプ取付部２４３は、前面部２４１の左右側端部でありかつ下方の領域に設けられている。
フォグランプ取付部２４３は、図示しないフォグランプ本体を取り囲む枠体状に形成され、前面部２４１から車両前方側へ段状に突出して形成されている。
エアダム部２４４は、フロントバンパフェイス２４０の下端部に設けられ、前面部２４１に対して車両前方側へ段状に張り出して形成されている。
エアダム部２４４の下面部は、下方が凸となる凸曲面として形成されている。

フロントコンビネーションランプ２５０は、走行用配光及びすれ違い用配光の前照灯、ターンシグナルランプ、車幅灯、デイタイムランニングライト等の各種灯火類を、共通のハウジング内に収容し、ユニット化した外装部材である。
フロントコンビネーションランプ２５０は、車体の前端部に、車幅方向に離間して一対が設けられる。

フロントグリル２６０は、車体前端部に設けられる外装部材である。
フロントグリル２６０は、左右のフロントコンビネーションランプ２５０の間であって、フロントバンパフェイス２４０の上部に設けられた開口に嵌め込まれるよう配置されている。

第１実施形態において、車両１は、以下説明する整流装置３００を有する。
整流装置３００は、空気吸入流路３０１、開口３０２等を有する。
空気吸入流路３０１は、一方の端部に設けられた開口３０２から吸入した空気（外気）を、車両の走行用動力源である図示しないエンジンの吸気装置に導入するインテークダクトである。
空気吸入流路３０１の開口３０２側とは反対側の端部は、エンジンの吸気装置のエアクリーナの上流側に接続されている。

開口３０２は、空気吸入流路３０１のエンジン側とは反対側の端部に設けられた空気取入口である。
第１実施形態においては、開口３０２は、フロントバンパフェイス２４０の側面部２４２における車両前方側の端部近傍に配置されている。
開口３０２は、エンジンを運転状態で車両が走行する際に、エンジンの吸気管負圧を負圧源として、側面部２４２周辺の空気を吸引する機能を有する。

次に、第１実施形態の整流装置３００の効果を、以下説明する本発明の比較例と対比して説明する。
比較例の車両は、実施形態の車両の整流装置３００を除去するとともに、エンジンはエンジン房内に配置されたインテークダクト入口から新気を吸入しているものである。

図２は、比較例及び第１実施形態の整流装置を有する車両における走行時の車体周囲の気流の流速分布のシミュレーション結果を示す図である。
図２（ａ）は比較例、図２（ｂ）は第１実施形態をそれぞれ示している。
図２において、網掛けの濃淡で示した流速分布は、濃くなるほど流速が高いことを意味している。
図３は、比較例及び第１実施形態の整流装置を有する車両における走行時の車体周囲の気流の挙動を示す模式図である。
図３（ａ）は比較例、図３（ｂ）は第１実施形態をそれぞれ示している。

図２（ａ）に示すように、比較例においては、フロントバンパフェイス２４０の前面部２４１、フォグランプ取付部２４３と、側面部２４２との間の境界部（コーナ部）を剥離発生部（破線円により図示）として気流の剥離が発生し、その後方の車体側面部（一点鎖線楕円により図示）において、境界層の内側でありかつ周囲に対して流速が低い乱流が発生し、成長している。
比較例においては、図３（ａ）に示すように、剥離発生部の後方側で渦Ｔが発生し、気流Ｆが車体側面部から剥離している。
このように気流Ｆが剥離すると、車両１の空気抵抗、空力騒音が悪化してしまう。

これに対し、第１実施形態においては、図２（ｂ）、図３（ｂ）に示すように、剥離に伴う乱れを、整流装置３００が開口３０２からエンジンの吸気管負圧を利用して吸引することにより、フロントバンパフェイス２４０の側面部２４２に隣接する領域で剥離領域が拡大し、乱れが成長しながら車両後方側へ進行することを防止して、気流Ｆを車体側面部に吸い寄せ、車体側面部近傍における気流を効果的に整流することができる。

以上説明したように、第１実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）車体表面において気流Ｆが剥離して形成される乱れ（渦Ｔ等）を吸引することにより、渦を伴う乱流が成長しながら車両後方側へ進行することを防止し、気流Ｆを整流して車両１の空気抵抗、空力騒音を改善することができる。
（２）整流装置３００がエンジンの吸気管負圧を負圧源とすることにより、負圧源として整流装置３００専用の負圧ポンプやエジェクタなどを設ける必要がなく、装置構成を簡素化することができる。
（３）整流装置３００の開口３０２が、フロントバンパフェイス２４０の側面部２４２に設けられることにより、フロントバンパフェイス２４０の前面部２４１、フォグランプ取付部２４３と、側面部２４２との境界部（コーナ部）から気流Ｆが剥離して形成される乱れを吸引し、乱流が成長しながら車体側面部に沿って後方側へ進行することを防止し、剥離した気流Ｆを車体表面側へ吸い寄せて車体側面部を整流することができる。
（４）開口３０２を、剥離発生部である側面部２４２の前縁部に対して車両後方側へ設けたことにより、気流の剥離点よりも後流側における剥離領域の拡大を抑制し、乱流の成長をより効果的に防止することができる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明を適用した整流装置の第２実施形態について説明する。
以下、各実施形態の説明において、従前の実施形態と共通する箇所には同じ符号を付して説明を省略し、主に相違点について説明する。
図４は、第２実施形態の整流装置を有する車両の車体前部の模式的側面視図である。
第２実施形態の整流装置３００は、開口３０２を、フロントフード２１０の前端部近傍に設けている。
フロントフード２１０の表面部は、車体外側が凸となる凸曲面状に形成されている。
フロントフード２１０の前端部近傍には、凸曲面の曲率が局所的に大きくなる大曲率部２１１が形成されている。
開口３０２は、大曲率部２１１に隣接しかつ大曲率部２１１の後方側に配置されている。
以上説明した第２実施形態によれば、フード２１０の上面に沿って流れる気流が大曲率部２１１で剥離した場合であっても、剥離による乱れを吸引することで気流の剥離を抑制し、車両の空気抵抗、空力騒音を改善することができる。

＜第３実施形態＞
次に、本発明を適用した整流装置の第３実施形態について説明する。
図５は、第３実施形態の整流装置を有する車両の車体前部の模式的側面視図である。
第３実施形態の整流装置３００は、開口３０２を、フロントバンパフェイス２４０のエアダム部２４４の下方に設けている。
以上説明した第３実施形態によれば、フロントバンパフェイス２４０の前面部２４１側から車体下面側へ流れる気流がエアダム部２４４の突出部で剥離した場合であっても、剥離による乱れ整流装置３００が吸引することにより、車体下面に沿って流れる気流を整流することができる。
これにより、車両の空気抵抗、空力騒音を低減するとともに、車体床面部の気流の流速を向上して車体が発生するリフトを低減、あるいはダウンフォースを増大することで車両の走行安定性を向上することができる。

＜第４実施形態＞
次に、本発明を適用した整流装置の第４実施形態について説明する。
図６は、第４実施形態の整流装置を有する車両の車体後部の模式的側面視図である。
車室１００の後部には、リアサイドドア１５０、リアフェンダ１６０、リアホイルハウス１７０、テールゲート１８０、リアバンパフェイス１９０等が設けられている。

リアサイドドア１５０は、車室１００の側面部後方側に設けられ、後席乗員の乗降に用いられる開閉式の扉体である。
リアサイドドア１５０は、フロントサイドドア１４０の後部に隣接して配置されている。

リアフェンダ１６０は、主にリアサイドア１５０の後方側に設けられた外装部材である。
リアフェンダ１６０には、リアクォータウインドウ１６１、リアコンビネーションランプ１６２等が設けられている。
リアクォータウインドウ１６１は、リアサイドドア１５０に設けられるリアドアガラスの後方側に設けられた窓部であって、ガラスが嵌め込まれ固定されている。
リアコンビネーションランプ１６２は、テールランプ、ストップランプ、ターンシグナルランプ、リバースランプ、リアフォグランプなどの各種灯火類を共通のハウジングに収容しユニット化したものである。
リアコンビネーションランプ１６２は、リアフェンダ１６０の後端部に取り付けられている。

リアホイルハウス１７０は、後輪ＲＷを収容する空間部であって、車両側方側に開口している。
リアホイルハウス１７０は、リアサイドドア１５０の後部及びリアフェンダ１６０の前部における下方の領域に設けられている。

テールゲート１８０は、車室１００の後部に設けられた開口に開閉可能に取り付けられた扉体である。
テールゲート１８０は、閉状態における上端部に設けられたヒンジ回りに回動することによって開閉される。
テールゲート１８０の閉状態における上端部には、リアスポイラ１８１が設けられている。
リアスポイラ１８１は、テールゲート１８０が閉状態であるときに、ルーフ１３０の後端部に隣接して配置され、ルーフ１３０に沿って流れる気流を整流する機能を有する。
リアスポイラ１８１は、翼部１８１ａ、翼端板１８１ｂを有する。
翼部１８１ａは、ルーフ１３０の後端部に沿って左右方向に延在している。
翼部１８１ａを車両１の上方から見た平面形は、後方が凸となる弧状に形成されている。
翼端板１８１ｂは、翼部１８１ａの左右側端部に設けられている。
翼端板１８１ｂは、例えば、上下方向及び車両前後方向に延在する平面にほぼ沿ったボード状に形成され、テールゲート１８０の本体部から車両後方側へ突出している。

リアバンパフェイス１９０は、車体後端部に設けられた外装部材である。
リアバンパフェイス１９０は、例えばポリプロピレン等の樹脂系材料によって形成されている。
リアバンパフェイス１９０は、後面部１９１，側面部１９２等を備えている。
後面部１９１は、車両後方に面した部分であって、テールゲート１８０の下方に配置されている。
後面部１９１は、車両１を上方から見た平面視において、車両後方が凸となる弧状の緩曲面として形成されている。
側面部１９２は、後面部１９１の左右側端部から車両前方側へ張り出した面部である。
側面部１９１は、車両外側が凸となる緩曲面として形成されている。
後面部１９１と側面部１９２との境界部は、局所的に大きな曲率を有するコーナ部となっている。

第４実施形態の整流装置３００は、リアバンパフェイス１９０の側面部１９２の後端部近傍に設けられている。
以上説明した第４実施形態によれば、車体側面に沿って車両後方側へ流れる気流がリアバンパフェイス１９０の側面部１９２において剥離し、その後方で乱流を形成することを抑制し、車両の空気抵抗、空力騒音を抑制することができる。

＜第５実施形態＞
次に、本発明を適用した整流装置の第５実施形態について説明する。
図７は、第５実施形態の整流装置を有する車両の車体後部の模式的側面視図である。
第５実施形態の整流装置３００は、開口３０２を、リアスポイラ１８１の翼端板１８１ｂの後部に形成している。
以上説明した第５実施形態によれば、翼端板１８１ｂの後部で気流が剥離して生じる後方乱気流を抑制し、車両の空気抵抗を抑制することができる。

（変形例）
本発明は、以上説明した各実施形態に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内である。
（１）整流装置及び車両の構成は、上述した各実施形態に限定されることなく、適宜変更することが可能である。
例えば、車両の車体形状（車形）などは適宜変更することが可能である。
（２）各実施形態において整流装置の開口が設けられる箇所は一例であって、整流装置の開口は車両の走行時に気流の剥離が発生する剥離発生部又はこのような剥離発生部に隣接する箇所であれば、どのような箇所に設けてもよい。
例えば、車体表面の曲率が局所的に大きくなるコーナ部は剥離発生部となりやすいことから、このようなコーナ部あるいはコーナ部に隣接する箇所に開口を設けてもよい。
この場合、剥離発生部の下流側に開口を設けると、剥離による乱れを効果的に吸引して剥離領域の拡大を抑制できるので好ましい。
（３）実施形態において、負圧源は一例としてエンジンの吸気装置であったが、他の負圧源を用いてもよい。例えば、真空ポンプや、排ガス等の流速を利用して負圧を発生させるエジェクタなどを用いてもよい。また、空気吸入流路の出口側の端部を、車体表面における負圧形成箇所に連通させてこれを負圧源として利用してもよい。

１ 車両
１００ 車室 １１０ フロントウインドウガラス
１２０ Ａピラー １３０ ルーフ
１４０ フロントサイドドア １５０ リアサイドドア
１６０ リアフェンダ １６１ リアクォータウインドウ
１６２ リアコンビネーションランプ １７０ リアホイルハウス
１８０ テールゲート １８１ リアスポイラ
１８１ａ 翼部 １８１ｂ 翼端板
１９０ リアバンパフェイス １９１ 後面部
１９２ 側面部
２００ エンジンコンパートメント ２１０ フロントフード
２２０ フロントフェンダ ２３０ フロントホイルハウス
２４０ フロントバンパフェイス ２４１ 前面部
２４２ 側面部 ２４３ フォグランプ取付部
２４４ エアダム部
２５０ フロントコンビネーションランプ
２６０ フロントグリル
３００ 整流装置 ３０１ 空気吸入流路
３０２ 開口
ＦＷ 前輪 ＲＷ 後輪
Ｆ 気流 Ｔ 渦

Claims (5)

1. 車両の走行時に車体表面に沿って流れる気流が剥離する剥離発生部又は前記剥離発生部と隣接する箇所において外装部材に形成された開口と、
   一方の端部が前記開口と連通し他方の端部が負圧源に接続された空気吸入流路と
   を備えることを特徴とする整流装置。
2. 前記負圧源は、エンジンに新気を導入する吸気装置であること
   を特徴とする請求項１に記載の整流装置。
3. 前記開口は、車体表面に形成された曲面の曲率が局所的に大きくなる箇所に設けられ又は前記箇所に隣接して設けられること
   を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の整流装置。
4. 前記開口は、フロントバンパの側面部に設けられること
   を特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の整流装置。
5. 前記開口は、前記剥離発生部に対して前記気流の下流側に設けられること
   を特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の整流装置。
   

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