JP4161201B2

JP4161201B2 - Air resistance reduction device for automobiles

Info

Publication number: JP4161201B2
Application number: JP2003146706A
Authority: JP
Inventors: 勝小池; 恒久永吉
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2003-05-23
Filing date: 2003-05-23
Publication date: 2008-10-08
Anticipated expiration: 2023-05-23
Also published as: JP2004345562A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車のルーフ上に設置され、自動車走行時における空気抵抗を低減する自動車の空気抵抗低減装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の燃費向上の観点から、自動車走行時の空気抵抗を低減させることは極めて重要な課題であるが、そのためには、自動車外表面、特にルーフ近傍の空気の流れを整えて、剥離現象による空気抵抗の増加を低減することが有効である。
剥離とは、空気の粘性のために、走行中の自動車のルーフ近傍に生じた気流の境界層がルーフからはがれる現象である。
【０００３】
気流の剥離点より後方側では、気流の逆流現象により渦が発生してそれが抗力として作用すること、及び、剥離の生じている領域では圧力が低下するため、自動車後部に作用する空気圧力が低下し、自動車の前後における空気圧力の圧力差を増大させるため、走行時の空気抵抗が増加する。
上記のような剥離現象の発生とそれによる空気抵抗の増加は、自動車の外観形状と密接に関連している。
【０００４】
一般に乗用車として多数使用されているセダン車は、図１に示すようにルーフ３１に対してリアウィンドウ部３２が、鉛直面に対して、ある傾斜角度は有するものの、やや切り立った壁面（急斜面）となっており（このような後部形状を有する車をノッチバック車という）、そのために以下の理由により、略水平から斜め下方に傾斜が変化するルーフ３１とリアウインドウ部３２の境界部３３近傍または、それに続くリアウインドウ部３２の上部３２ａにおいて剥離を生じ易い。
【０００５】
ルーフ３１における表面の空気の流れには、その表面近傍から十分離れた点における速度の速い主流Ｍと、表面近傍の流れＳとが存在する。流れＳは、空気の粘性により表面からの影響を受けるため主流より速度が遅い。このように空気の粘性のためにルーフ表面の影響を受ける流れの領域は境界層Ｒと呼ばれている。
ルーフ３１上面を通過した主流Ｍは、リアウインドウ部３２が、ルーフ３１に対してやや切り立った壁面をなしているため、境界部３３後方にて下方向に拡がる。従って、主流Ｍは境界部３３の下流側にて流速が徐々に低下し、そして、ベルヌーイの定理に従って後方側の圧力Ｐが増加するために前方側（すなわちルーフ３１側）へ向かって逆流しようとする作用が発生する。
【０００６】
一方、ルーフ３１上面の境界層Ｒ内の流れＳは、後方への流れを促す慣性力を有しており、この慣性力と前述の後方側の圧力Ｐとが境界部３３又は、リアウインドウ部３２の上部３２ａ近傍において釣り合ってしまう。この釣り合い点が剥離点Ｅであり、剥離点Ｅより後方側では、後方側の圧力Ｐのほうが高いため、後方から前方へ向かう逆流が発生し、それが渦ＷＨを生じて抗力として働き、走行時の空気抵抗を上昇させる。
【０００７】
このような剥離発生とそれによる空気抵抗の増加を抑制するためには、従来から、例えば、ファストバック車のように車体の外観形状を、いわゆる流線型になるべく近付ける等の対策が講じられている。
また、剥離による物体の空気抵抗を低減する別の手段として、剥離を生じる物体表面の近傍に凸部或いは凹部を設け、物体表面に接する空気に予め乱流を生ぜしめることにより、空気の剥離現象を防止することも行われている。例えば、大中小の凸型のバンプ又は凹型のディンプル（但し、特許文献１においては、凸型のバンプ、凹型のディンプルをともにディンプルと表記）を規則的に配列した例がある（特許文献１参照）。
【０００８】
【特許文献１】
特開２０００−５５０１４号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように、従来から、自動車走行時の空気抵抗低減のために、例えば、車体の外観形状を流線型にする等の対策が講じられてきた。しかし、様々の理由により空気抵抗低減化対策を車体の外観形状の流線型化のみに頼ることには限界がある。例えば、前述のセダン車の場合、リアウインドウ部の傾斜をなるべく水平に近づけるとともにその後ろ部分の高さを高くし、流線型に近い形状とすることにより空気抵抗の低減化を図ることも可能ではあるが、その結果として、セダン車の利点である広い車室内スペースが減少してしまう、或いは、後方の視認性の低下を招くといった問題が発生するため、空気抵抗低下の観点のみから車体の外観形状を決定することはできない。
【００１０】
また、空気抵抗の低減とは別の課題ではあるが、走行時の車体に揚力が発生すると、タイヤの接地力を弱め、運転操作性を不安定なものとするとともに駆動力を減少させるという問題があり、この問題は流線型形状の車体において特に顕著である。すなわち、自動車の車体縦断面は上に凸の形状を有し、下側は水平形状であるから、飛行機の翼の断面形状に類似している。従って自動車が走行すれば、車体には揚力ＬＦが発生し、前後のタイヤの接地力を弱めるため運転操作性を不安定なものとするとともに駆動力を減少させてしまう。流線型形状に近づけた形状の車体には、その断面形状が翼により類似することから、より大きな揚力が作用することになるので、この点からも車体形状を流線型形状に近づけることが必ずしも適切な解決方法であるとは限らない。
【００１１】
従って、更なる燃費向上のためには、別の手段による空気抵抗の低減化対策が必要である。
そのような対策の一つとして、前述のように、空気の流れと接する物体表面に凸型のバンプ又は凹型のディンプルを設置することも考えられてはいるが、自動車のルーフに設置して走行中の抵抗を低減することを目的として開発、実施されている例は極めて少なく、また、空気抵抗低減装置として実用化されているものは、従来無かった。
【００１２】
以上の状況に鑑み、本発明は、車体全体の外観形状を大きく変化させることなく、車体のリアウインドウ部近傍に発生する空気流の剥離現象を好適に制御し、車体の空気抵抗を適切に低減させることのできる自動車の空気抵抗低減装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記の課題に鑑み、本発明の請求項１にかかる発明の自動車の空気抵抗低減装置は、自動車のルーフ表面にその後端領域に分布して設けられ、該ルーフ表面からの高さが５ｍｍ以上且つ３０ｍｍ以下に設定された複数の凸状バンプを備えており、これらバンプは自動車の走行方向に沿う長手軸線を有し、そして、前記高さは、自動車の走行時、ルーフ表面上方での相対的な空気の流れがルーフ表面から離れた主流と、この主流よりもルール表面の近傍に位置し且つ主流よりも速度が遅い境界層の流れとに区分されるとき、前記境界層の厚さと同程度又はこの厚さよりも若干高いものとなっている。
請求項２の発明の前記バンプは、自動車の進行方向に対する幅が１０ｍｍ以上且つ５０ｍｍ以下であって、前記ルーフの幅方向に配設され、バンプ間の間隔が３ｍｍ以上２００ｍｍ以下であることを特徴とする。
【００１４】
請求項３の発明のバンプは、自動車の進行方向に沿う長さが３０ｍｍ以上且つ２００ｍｍ以下であることを特徴とする。
請求項４の発明のバンプは、その前端部がルーフ上の相対的な空気流をバンプの左右の側面に沿って振り分ける形状をなしていることを特徴とする。
請求項１の発明は、リアウインドウに連なるルーフに、その高さが５ｍｍ以上且つ３０ｍｍ以下の凸状のバンプ複数個を分布させたものである。このようなバンプの後方には、その回転軸が流れに沿う方向の縦渦が形成され、その作用により、境界層が上下に攪拌され、主流の流れが境界層内部の（特に底部の）速度の低い層に引き込まれて、境界層内部の流れの速度が増速され、この境界層での運動量が増加する。このため、前述の後方側の圧力（流れが拡がり速度が低下したために上昇する圧力）と上記運動量とが釣り合う点（剥離点）はバンプの無い場合に比較して、車体の後方側へ移動する。
【００１５】
従って、剥離の生じている領域が少なくなることから抗力が減少するとともに、剥離領域内における空気圧力そのものも上昇するので、自動車前後間における圧力差が減少し、自動車走行時における空気抵抗を低減させることができるという優れた効果を奏する。
この場合、バンプの高さがある程度以上の高さでなければ、バンプの後方に形成される縦渦が、境界層を十分に上下に攪拌するとともに境界層よりも上側の主流にまで達して、主流を境界層内の流れに巻き込むことができない。しかし、バンプの高さをあまり高くし、バンプを速度の速い主流の中に高く突き出すと、バンプ自体による空気抵抗が増加する。
【００１６】
しかしながら、請求項１の発明のバンプはその高さを５ｍｍ以上且つ３０ｍｍ以下に制限したので、主流を境界層内の流れに十分巻き込むことができ、バンプによる空気抵抗低減効果を十分に発揮させることが出来るとともに、バンプ自体の空気抵抗をなるべく減少させることができ、全体として優れた空気抵抗低減効果を生むという優れた効果を奏する。
【００１７】
また、バンプを剥離の生じる直前位置、つまり、ルーフの後端領域に設置したので、剥離点近傍の境界層内の流れに対する縦渦の効果が顕著になり、必要なバンプの数が少なく、かつ、空気低減効果は最大とすることができるという更に優れた効果を奏する。
空気抵抗を低減するためには、剥離が発生するリアウインドウの幅全域にバンプによる空気抵抗減少効果を生ぜしめる必要があり、そのためには、それぞれがある程度の幅を有するバンプを、少なくともルーフの幅方向に複数配置するとともにバンプ間の間隔があまり開き過ぎないことが重要である。
【００１８】
しかし、また一方で、バンプの幅が広過ぎたり、互いに接近し過ぎている場合には、前述の縦渦の発生が妨害され、空気抵抗効果が減少するばかりか、逆にバンプ自体による空気抵抗が大になってしまう。
そこで、請求項２の発明のバンプにおいては、その幅を１０ｍｍ以上且つ５０ｍｍ以下とするとともに、ルーフの幅方向に配設し、バンプ間の間隔を３ｍｍ以上２００ｍｍ以下としたので、バンプによる空気抵抗低減効果を十分に発揮させることができるという優れた効果を奏する。
【００１９】
また、バンプ自体の空気抵抗を低減するためには、バンプ表面近傍の空気の流れが縦渦を形成する点まで、バンプの周囲に境界層が安定して形成され、大きな空気抵抗を生じることなく空気を流す必要がある。そのためには、バンプにある程度の長さが要求される。しかし、その一方でバンプの長さを必要以上に長くすれば、縦渦が弱まってしまう。
【００２０】
そこで、請求項３の発明においては、バンプの長さを、３０ｍｍ以上且つ２００ｍｍ以下としたので、バンプの表面近傍にて境界層が好適に形成され、バンプ自体の空気抵抗が低下するという優れた効果を奏する。
さらに、請求項４の発明においては、バンプの前端部がルーフ上の空気流を左右に振り分け、且つ、バンプの両側面に沿って流す形状を有しているので、バンプ自体の空気抵抗がさらに低下するという一層優れた効果を奏する。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図２乃至図２８に基づいて詳細に説明する。
図２乃至４は本発明にかかる空気抵抗低減装置を備えたセダン車１を示す。
セダン車１は、略中央の車室部２が高く、この車室部２の前後の前部３及び後部５の高さが低い、上に凸の外観形状をなす。また、車室部２は略水平のルーフ６を有し、ルーフ６の前端部はウインドシールド部４を介して略水平の前部上面、つまり、フード３ａに接続され、その後端部はリアウインドウ７を介して略水平の後部上面、つまり、トランクリッド５ａに接続されている。
【００２２】
また、トランクリッド５ａの後端部には、リアスポイラ８が、トランクリッド５ａとの間に隙間８ａを形成するように設置されている。より詳しくは、リアスポイラ８は、略水平の翼部８ｂの両端に脚部８ｃ、８ｄを形成し、脚部８ｃ、８ｄをトランクリッド５ａに載置、固定したものである。翼部８ｂの長さ（すなわちリアスポイラ８の幅）は、トランクリッド５ａの幅に略等しく、翼部８ｂとトランクリッド５ａとの間には隙間８ａが形成されている。このため、リアウインドウ７の表面近傍を通過した空気の流れがこの隙間８ａを通過する。
【００２３】
上述のセダン車１は空気抵抗低減装置２０を備えており、この空気抵抗低減装置２０は、ルーフ６の後端領域、すなわち、後端縁部６１に配置された複数の凸体、いわゆるバンプ２１から構成される。
バンプ２１は長手軸線を有し、この長手軸線はセダン車１の進行方向に沿うように配設されている。より詳しくは、バンプ２１は、ルーフ６の幅方向に、ほぼ等間隔を存して一列に配設される。なお、バンプ２１の取り付け位置は、これに限らないが、剥離点に近い位置に設置することによりバンプの空気抵抗低減効果をより効率よく発揮させることが可能であり、本位置が好適に使用できる。
【００２４】
バンプ２１間の間隔Ｄは、これらバンプ２１による空気抵抗低減効果が全体として十分な空気抵抗低減効果を発揮できるようにバンプ２１が互いにあまり離れすぎず、しかしながら、自動車走行時に発生する縦渦同士が干渉しあうほどバンプ２１が互いに接近し過ぎないように、３ｍｍ以上で且つ２００ｍｍ以下の範囲から設定される。また、バンプ２１の数は、ルーフ６の幅とバンプ間の間隔から定まり、本実施例では、６個となる。
【００２５】
具体的には、バンプ２１の形状は、図５及び図６に示すように、楕円回転体をその長手軸線を含む面で２分割した形状である。なお、図中、空気の流れの方向を矢印で示す。
バンプ２１の高さＨは、セダン車１の走行時にそのルーフ６の端縁部６１近傍に形成される境界層の厚さを考慮し、５ｍｍ以上で且つ３０ｍｍ以下の適切な値に定める。
【００２６】
バンプ２１の幅Ｗは、前述のとおりバンプ間の間隔を考慮し、１０ｍｍ以上で且つ５０ｍｍ以下の適切な値に定める。
バンプ２１の長さＬは、セダン車１の走行時にバンプ２１における表面近傍の空気の流れが境界層を形成することを考慮し、３０ｍｍ以上で且つ２００ｍｍ以下の適切な値に定める。
【００２７】
バンプ２１の材料は特に限定されない。従って、バンプ２１は例えば、ルーフ６と一体に形成してもよく、又は、金属製或いは樹脂製等のバンプ２１をルーフ６の後端縁部６１に、貼着又はねじ止め等により確実に固定してもよい。
次に本空気抵抗低減装置２０による空気抵抗低減効果を説明する。
セダン車１の走行中、ルーフ６に本空気抵抗低減装置２０が設置されていなければ、「従来の技術」において説明したメカニズムにより、ルーフ６の後端縁部６１表面上、又は、リアウインドウ７の上部７ａ表面上に空気の剥離点が生じ、空気抵抗の増加をもたらす。なお、剥離点の発生場所は、後端縁部６１に連なるリアウインドウ７の傾斜角度、セダン車１の走行速度、ルーフ６、リアウインドウ７の表面形状等により上記のいずれかに定まる。
【００２８】
ルーフ６に本空気抵抗低減装置２０が設置されていると、バンプ２１の表面に沿って流れる空気は、バンプ２１の後方においてその回転軸が流れの方向に沿った２条の縦渦ＷＬ１、ＷＬ２を形成する（図７参照：図中の矢印Ｓは、バンプ２１に向かう流れの向きを示す）。より詳しくは、流れの方向に沿ってバンプ２１後方の圧力が低下しているため、バンプ２１の後方ではその長手軸線に向けて周囲から空気が回り込み、これにより、バンプ２１の後方から見て、その左右両側から内側に回り込む２条の流れＦＬ１、ＦＬ２が生じ（図８参照：バンプ２１の後面後方図である）、それが後方へ伝播して２条の縦渦ＷＬ１、ＷＬ２を形成する。
【００２９】
バンプ２１の高さを、例えば、境界層の厚さと同程度か、又はそれより若干高くした場合、図８に示されるように、この縦渦ＷＬ１、ＷＬ２の上側は主流域にまで達し、流れの速い主流を流れの遅い境界層内の流れに巻き込む。このため、ルーフ６の後端縁部６１或いはリアウインドウ７の上部７ａ近傍にて、境界層内の流れの速度が増速し、慣性力も増加するので、この流れの圧力とリアウインドウ７側からの逆流圧力とが釣り合う剥離点は、空気抵抗装置が設置されていない場合に比較して、リアウインドウ７の表面上を後方に移動し、かつ剥離領域内の圧力そのものも上昇し、車体後部の揚力低減、つまり、そのダウンフォースの増加がもたらされる。
【００３０】
その結果として、セダン車１の走行中、車体前後にかかる空気の圧力差が小となり、また車体後方に発生する渦による抗力も小となるので、車体の空気抵抗が低減される。
また、本空気抵抗低減装置２０は、リアスポイラ８による揚力の低減効果を更に高めることができる。すなわち、空気抵抗低減装置２０の効果により、剥離点がリアウインドウ７の表面に沿って後方にずれるため、リアウインドウ７の表面近傍を流れてリアスポイラ８を通過する流れが増加する。この結果として、リアスポイラ８の効果がより顕著になり、車体後部を下へ押し付ける力（負の揚力）が増し、揚力が低減するものである。なお、リアスポイラ８は、リアスポイラ８が無ければ斜め下方向へ流れようとする、最後尾上面における空気の流れの向きを水平又は上向きに整流し、負の揚力を発生させる効果を有するものである。また、リアスポイラ８としては、本実施例のような有翼方式の他、例えば、トランクリッド５ａの上面形状を、緩い凹面形状（上に凹）とすることにより空気の流れを上向きに整流する方式であってもよい。
【００３１】
なお、本実施例においては、バンプ２１の形状は、図５及び図６に示すように、楕円回転体をその長手軸線を含む面またはそれに平行な面で分割した形状としたが、図９乃至図１９に例を示すように、半球状、半涙滴形状、２つの多角錐又は円錐の底面を互いに合わせた二重錐体をその長手軸線を含む面又はそれに平行な面で分割した形状としてもよい。また、図２０乃至図２３に例を示すように、本実施例の場合を含むバンプ状の後端部を垂直又はテーパ状に切り落とした形状としてもよい。或いは、図２４に示されるように本発明の実施例ではないが、バンプの中心軸を流れの方向に対し１０°乃至３０°傾けることとしてよい。そして図２５に示すようにバンプを流れ方向に対して楔形としてもよい。
【００３２】
なお、図９乃至図２５については、図１７を除き、流れの向きを、図中に矢印で記載した。
本実施例においては、バンプ２１をルーフ６の後端縁部６１に横方向一列に配置したが、２列又は３列以上の配置としてもよい。しかも、多数列の配置の場合、列毎にバンプの数を変えてもよい。
【００３３】
また、本実施例においては、セダン車１のルーフ６に本空気抵抗低減装置を装着することとしたが、セダン車以外の車種の自動車にも本空気抵抗低減装置を適用することができる。
【００３４】
【実施例】
実施例１
リアスポイラを有するセダン車のルーフ後端縁部に図２６及び図２７に示すバンプを６個、ルーフの幅方向に一列に配置した。この場合、各バンプは、長さＬ１＝６２ｍｍ、幅Ｗ１＝２２ｍｍ、高さＨ１＝５ｍｍ〜１５ｍｍの大きさ、そして、楕円回転体をその長手軸線を含む面又はそれに平行な面にて切断した半割形状を有する。また、バンプ間の間隔は１２５ｍｍであった。
【００３５】
上述の条件下にて、空気抵抗係数Ｃ_D、後部タイヤ位置における揚力係数Ｃ_LR、前部タイヤ位置における揚力係数Ｃ_LFをそれぞれ測定し、これら測定値Ｘとバンプ無しの場合での測定値Ｙとの間の偏差（Ｙ−Ｘ）を図２８に示す。なお、バンプ無しの場合、上記の各係数はそれぞれ、Ｃ_D＝０．４、Ｃ_LR＝０．０２、Ｃ_LF＝０．０８であった。
【００３６】
バンプの存在により、空気抵抗係数Ｃ_D、後部タイヤ位置における揚力係数Ｃ_LRが低下し、本空気抵抗低減装置が、空気抵抗の低減、車体後部の揚力低減に効果があることがわかる。
また、バンプの高さが、２５ｍｍ付近にあるとき、空気抵抗低減効果が最大になることがわかる。
【００３７】
【発明の効果】
請求項１の発明においては、ルーフ表面の後端領域に自動者の進行方向に沿う軸線を有し、且つ、その高さがリーフ表面の近傍を相対的に流れる空気流の境界層の厚さと同程度又はこの厚さよりも若干高い５ｍｍ以上且つ３０ｍｍ以下に設定された凸状のバンプを分布させてあるので、境界層での空気の流れに剥離の生じている領域が少なくなることから抗力が減少するとともに、剥離領域内における空気圧力そのものも上昇し、よって、自動車の前後での圧力差が減少し、自動車走行時における空気抵抗を低減させることができるという優れた効果を奏する。
【００３８】
さらに、バンプの高さを５ｍｍ以上且つ３０ｍｍ以下に制限したので、主流を境界層内の流れに十分引く込むことができ、バンプによる空気抵抗低減効果を十分に発揮させることが出来るとともに、バンプ自体の空気抵抗をなるべく減少させることができ、全体として優れた空気抵抗低減効果を生むという優れた効果を奏する。
【００３９】
バンプを、剥離の生じる直前位置、つまり、ルーフの後端領域に配設してあるので、剥離点近傍の境界層内の流れに対する縦渦の効果が顕著になり、必要なバンプの数が少なく、かつ、空気低減効果は最大とすることができるという更に優れた効果を奏する。
請求項２の発明においては、バンプの幅を１０ｍｍ以上且つ５０ｍｍ以下とするとともに、ルーフの幅方向に複数配設し、バンプ間の間隔を３ｍｍ以上且つ２００ｍｍ以下としたので、バンプによる空気抵抗低減効果を十分に発揮させることができるという優れた効果を奏する。
【００４０】
請求項３の発明においては、バンプの長さを、３０ｍｍ以上且つ２００ｍｍ以下としたので、バンプの表面近傍に境界層が形成され、バンプ自体の空気抵抗が低下するという優れた効果を奏する。
請求項４の発明においては、バンプの前端部が空気流を左右に振り分ける形状をなしているから、バンプ自体の空気抵抗がさらに低下するという一層優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】セダン車が走行する際のセダン車周囲の空気の流れを示す図である。
【図２】本発明にかかる一実施形態の空気抵抗低減装置を備えた自動車の略側面図である。
【図３】図２の自動車の略平面図である。
【図４】図３中のＡ−Ａ矢視図である。
【図５】一実施形態のバンプの平面図である。
【図６】図５のバンプの側面図である。
【図７】一実施形態のバンプの後方に発生する縦渦を示す模式図である。
【図８】図７の縦渦の発生機構を説明するための図である。
【図９】別形態のバンプを示す平面図である。
【図１０】図９のバンプの側面図である。
【図１１】別形態のバンプを示す平面図である。
【図１２】図１１のバンプの側面図である。
【図１３】別形態のバンプを示す平面図である。
【図１４】図１３のバンプの側面図である。
【図１５】別形態のバンプを示す平面図である。
【図１６】図１５のバンプの側面図である。
【図１７】別形態のバンプの正面図である。
【図１８】図１７のバンプの平面図である。
【図１９】図１７のバンプの側面図である。
【図２０】別形態のバンプを示す平面図である。
【図２１】図２０のバンプの側面図である。
【図２２】別形態のバンプを示す平面図である。
【図２３】図２３のバンプの側面図である。
【図２４】別形態のバンプを示す平面図である。
【図２５】図２４のバンプの側面図である。
【図２６】実施例１に使用したバンプの平面図である。
【図２７】図２６のバンプの側面図である。
【図２８】実施例１の効果を示すグラフである。
【符号の説明】
１セダン車
６ルーフ
６１後端縁部
７リアウインドウ
２０空気抵抗低減装置
２１バンプ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an air resistance reduction device for an automobile that is installed on the roof of an automobile and reduces the air resistance when the automobile is running.
[0002]
[Prior art]
From the viewpoint of improving the fuel efficiency of automobiles, it is extremely important to reduce the air resistance when driving a car. It is effective to reduce the increase in resistance.
Separation is a phenomenon in which the boundary layer of airflow generated in the vicinity of the roof of a traveling automobile peels off the roof due to the viscosity of air.
[0003]
On the rear side of the separation point of the airflow, vortex is generated due to the backflow phenomenon of the airflow and it acts as a drag, and the pressure decreases in the region where the separation occurs, so the air pressure acting on the rear of the automobile is This decreases and increases the pressure difference between the air pressures before and after the automobile, so that the air resistance during driving increases.
The occurrence of the peeling phenomenon as described above and the increase in air resistance due thereto are closely related to the appearance shape of the automobile.
[0004]
As shown in FIG. 1, a sedan vehicle that is generally used as a passenger car has a rear window portion 32 with respect to a roof 31 that has a certain inclination angle with respect to a vertical surface, but a slightly steep wall surface (steep slope). (A car having such a rear part shape is called a notch back car), and for that reason, the vicinity of the boundary part 33 between the roof 31 and the rear window part 32 whose inclination changes obliquely downward from substantially horizontal, or Subsequent peeling is likely to occur at the upper portion 32a of the rear window 32.
[0005]
The air flow on the surface of the roof 31 includes a main flow M having a high velocity at a point sufficiently away from the vicinity of the surface and a flow S near the surface. The flow S is slower than the main flow because it is affected by the surface due to the viscosity of the air. The region of the flow affected by the roof surface due to the viscosity of the air is called the boundary layer R.
The mainstream M that has passed through the upper surface of the roof 31 expands downward behind the boundary portion 33 because the rear window portion 32 forms a wall that is slightly separated from the roof 31. Accordingly, the flow velocity of the main flow M gradually decreases on the downstream side of the boundary 33, and the pressure P on the rear side increases according to Bernoulli's theorem, so that the main flow M tends to flow backward toward the front side (that is, the roof 31 side). To occur.
[0006]
On the other hand, the flow S in the boundary layer R on the upper surface of the roof 31 has an inertial force that promotes a backward flow, and the inertial force and the pressure P on the rear side described above are the boundary portion 33 or the rear window portion. 32 thus balanced in the upper portion 32a near the. This balance point is the separation point E. Since the pressure P on the rear side is higher on the rear side than the separation point E, a reverse flow from the rear to the front is generated, which generates a vortex WH and acts as a drag, and travels. Increase the air resistance at the time.
[0007]
In order to suppress such release occurs and increases air resistance by it, conventionally, for example, a vehicle body external shape as off Asutobakku cars, measures such as possible close to the so-called streamlined have been taken.
In addition, as another means of reducing the air resistance of an object due to separation, a protrusion or recess is provided in the vicinity of the surface of the object where separation occurs, and air detachment is caused by causing turbulent flow in the air in contact with the object surface in advance. It is also done to prevent. For example, there is an example in which large, medium, and small convex bumps or concave dimples (however, in Patent Document 1, both convex bumps and concave dimples are expressed as dimples) (see Patent Document 1). ).
[0008]
[Patent Document 1]
JP 2000-55014 A
[Problems to be solved by the invention]
As described above, conventionally, for example, measures have been taken to reduce the air resistance when the vehicle is running, such as making the appearance of the vehicle body streamlined. However, for various reasons, there is a limit to relying only on the streamlined appearance of the vehicle body for reducing air resistance. For example, in the case of the above-mentioned sedan car, it is possible to reduce the air resistance by making the inclination of the rear window part as horizontal as possible and increasing the height of the rear part thereof so as to have a streamlined shape. However, as a result, there is a problem that a large vehicle interior space, which is an advantage of the sedan vehicle, is reduced, or the rear visibility is lowered. Cannot be determined.
[0010]
In addition, although it is a separate issue from the reduction of air resistance, the problem is that if lift occurs in the vehicle body during travel, the ground contact force of the tire is weakened, driving operability becomes unstable and driving force is reduced. This problem is particularly remarkable in a streamlined vehicle body. In other words, the longitudinal section of the automobile body has a convex shape upward, and the lower side has a horizontal shape, which is similar to the sectional shape of an airplane wing. Therefore, when the automobile travels, lift LF is generated in the vehicle body, and the grounding force of the front and rear tires is weakened, so that the driving operability becomes unstable and the driving force is reduced. Since the cross-sectional shape of a vehicle body that is close to a streamlined shape is more similar to that of a wing, a greater lift will be applied. From this point of view, it is not always appropriate to make the vehicle body shape closer to a streamlined shape. It is not always a method.
[0011]
Therefore, in order to further improve the fuel consumption, measures for reducing the air resistance by another means are necessary.
As one of such measures, as mentioned above, it is considered to install convex bumps or concave dimples on the surface of the object in contact with the air flow. There are very few examples that have been developed and implemented for the purpose of reducing the internal resistance, and none have been put to practical use as an air resistance reducing device.
[0012]
In view of the above situation, the present invention suitably controls the separation phenomenon of the air flow generated in the vicinity of the rear window portion of the vehicle body without significantly changing the appearance shape of the entire vehicle body, and appropriately reduces the air resistance of the vehicle body. An object of the present invention is to provide an automobile air resistance reduction device that can be used.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In view of the above problems, the air resistance reduction device for an automobile of the invention according to claim 1 of the present invention is provided distributed in the rear end region on the roof surface of the automobile, and the height from the roof surface is 5 mm or more. And a plurality of convex bumps set to 30 mm or less , the bumps having a longitudinal axis along the traveling direction of the automobile, and the height is relative to the upper surface of the roof when the automobile is traveling. When the typical air flow is divided into a main flow away from the roof surface and a boundary layer flow located near the rule surface and slower than the main flow, the thickness of the boundary layer is the same. The degree or slightly higher than this thickness .
The bump of the invention of claim 2 has a width of 10 mm or more and 50 mm or less with respect to the traveling direction of the automobile, and is disposed in the width direction of the roof, and the interval between the bumps is 3 mm or more and 200 mm or less. And
[0014]
The bump according to the invention of claim 3 is characterized in that the length along the traveling direction of the automobile is 30 mm or more and 200 mm or less.
According to a fourth aspect of the present invention, the front end of the bump is characterized in that the relative air flow on the roof is distributed along the left and right side surfaces of the bump.
According to the first aspect of the present invention, a plurality of convex bumps having a height of 5 mm or more and 30 mm or less are distributed on the roof connected to the rear window. Behind such bumps, a vertical vortex is formed with the axis of rotation along the flow, and the boundary layer is stirred up and down by the action, and the mainstream flow is the velocity inside the boundary layer (especially at the bottom). Drawn into the lower layer, the flow velocity inside the boundary layer is increased, and the momentum in this boundary layer is increased. For this reason, the point (peeling point) at which the above-mentioned pressure on the rear side (the pressure that rises because the flow spreads and the speed decreases) and the momentum balance (the separation point) moves to the rear side of the vehicle body as compared with the case where there is no bump. .
[0015]
Therefore, since the area where peeling occurs is reduced, the drag is reduced, and the air pressure itself in the peeling area is also increased, so the pressure difference between the front and rear of the automobile is reduced, and the air resistance during driving is reduced. There is an excellent effect of being able to.
In this case, if the height of the bump is not higher than a certain level, the vertical vortex formed behind the bump reaches the mainstream above the boundary layer while sufficiently stirring the boundary layer up and down, The mainstream cannot be involved in the flow in the boundary layer. However, if the height of the bump is made too high and the bump is protruded high in the mainstream having a high speed, the air resistance due to the bump itself increases.
[0016]
However, since the height of the bump of the invention of claim 1 is limited to 5 mm or more and 30 mm or less, the mainstream can be sufficiently involved in the flow in the boundary layer, and the air resistance reduction effect by the bump can be sufficiently exhibited. In addition, the air resistance of the bump itself can be reduced as much as possible, and an excellent effect of producing an excellent air resistance reduction effect as a whole is achieved.
[0017]
In addition, since the bumps are installed immediately before the separation occurs, that is, in the rear end region of the roof, the effect of the vertical vortex on the flow in the boundary layer near the separation point becomes remarkable, the number of necessary bumps is small, and The air reduction effect can be maximized.
In order to reduce the air resistance, it is necessary to produce an effect of reducing the air resistance by the bumps over the entire width of the rear window where peeling occurs, and for that purpose, bumps each having a certain width are at least arranged in the width of the roof. It is important that a plurality of them are arranged in the direction and that the interval between the bumps is not too wide.
[0018]
However, on the other hand, if the bumps are too wide or too close to each other, the generation of the vertical vortex is hindered, reducing the air resistance effect, and conversely the air resistance caused by the bump itself. Will become large.
Accordingly, the bump of the invention of claim 2 has a width of 10 mm or more and 50 mm or less, and is disposed in the width direction of the roof, and the interval between the bumps is 3 mm or more and 200 mm or less. There is an excellent effect that the reduction effect can be sufficiently exhibited.
[0019]
In addition, in order to reduce the air resistance of the bump itself, the boundary layer is stably formed around the bump up to the point where the air flow near the bump surface forms a vertical vortex without causing a large air resistance. Air needs to flow. For this purpose, a certain length is required for the bump. However, if the length of the bump is made longer than necessary, the vertical vortex is weakened.
[0020]
Therefore, in the invention of claim 3, since the length of the bump is 30 mm or more and 200 mm or less, the boundary layer is suitably formed in the vicinity of the surface of the bump, and the air resistance of the bump itself is reduced. There is an effect.
Furthermore, in the invention of claim 4, since the front end of the bump has a shape that distributes the air flow on the roof to the left and right and flows along both sides of the bump, the air resistance of the bump itself further decreases. There is an even better effect.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
2 to 4 show a sedan vehicle 1 equipped with an air resistance reducing device according to the present invention.
The sedan wheel 1 has a substantially central casing 2 and a front and rear portions 3 and 5 at the front and rear of the casing 2, which have a low convex shape. The vehicle compartment portion 2 has a substantially horizontal roof 6, and the front end portion of the roof 6 is connected to the substantially horizontal front upper surface, that is, the hood 3 a via the windshield portion 4, and the rear end portion is a rear window. 7 is connected to a substantially horizontal rear upper surface, that is, a trunk lid 5a.
[0022]
A rear spoiler 8 is installed at the rear end of the trunk lid 5a so as to form a gap 8a between the rear lid 8a and the trunk lid 5a. More specifically, the rear spoiler 8 is formed by forming leg portions 8c and 8d at both ends of a substantially horizontal wing portion 8b, and placing and fixing the leg portions 8c and 8d on the trunk lid 5a. The length of the wing portion 8b (that is, the width of the rear spoiler 8) is substantially equal to the width of the trunk lid 5a, and a gap 8a is formed between the wing portion 8b and the trunk lid 5a. For this reason, the flow of air that has passed through the vicinity of the surface of the rear window 7 passes through the gap 8a.
[0023]
The above-described sedan vehicle 1 includes an air resistance reducing device 20, and the air resistance reducing device 20 includes a plurality of convex bodies arranged on the rear end region of the roof 6, that is, the rear end edge portion 61, so-called bumps 21. Consists of
The bump 21 has a longitudinal axis, and the longitudinal axis is disposed along the traveling direction of the sedan wheel 1. More specifically, the bumps 21 are arranged in a line at substantially equal intervals in the width direction of the roof 6. Note that the mounting position of the bump 21 is not limited to this, but the effect of reducing the air resistance of the bump can be more efficiently exhibited by installing the bump 21 near the peeling point, and this position can be used preferably. .
[0024]
The distance D between the bumps 21 is such that the bumps 21 are not too far apart from each other so that the air resistance reduction effect by these bumps 21 can exert a sufficient air resistance reduction effect as a whole. The bumps 21 are set in a range of 3 mm or more and 200 mm or less so that the bumps 21 do not approach each other so much as to interfere with each other. Further, the number of bumps 21 is determined from the width of the roof 6 and the interval between the bumps, and is 6 in this embodiment.
[0025]
Specifically, as shown in FIGS. 5 and 6, the shape of the bump 21 is a shape obtained by dividing the elliptically rotating body into two by a plane including the longitudinal axis. In the figure, the direction of air flow is indicated by arrows.
The height H of the bump 21 is set to an appropriate value of 5 mm or more and 30 mm or less in consideration of the thickness of the boundary layer formed in the vicinity of the edge 61 of the roof 6 when the sedan vehicle 1 is traveling.
[0026]
As described above, the width W of the bump 21 is set to an appropriate value of 10 mm or more and 50 mm or less in consideration of the interval between the bumps.
The length L of the bump 21 is set to an appropriate value of 30 mm or more and 200 mm or less in consideration that the air flow in the vicinity of the surface of the bump 21 forms a boundary layer when the sedan vehicle 1 is traveling.
[0027]
The material of the bump 21 is not particularly limited. Therefore, for example, the bump 21 may be formed integrally with the roof 6, or the bump 21 made of metal or resin is securely fixed to the rear edge 61 of the roof 6 by sticking or screwing. May be.
Next, the effect of reducing air resistance by the air resistance reducing device 20 will be described.
If the air resistance reducing device 20 is not installed on the roof 6 while the sedan vehicle 1 is traveling, the mechanism described in “Prior Art” may be used to place the rear window 7 on the surface of the rear edge 61 of the roof 6. An exfoliation point of air is generated on the surface of the upper part 7a of the glass, resulting in an increase in air resistance. The place where the separation point occurs is determined by any one of the above depending on the inclination angle of the rear window 7 connected to the rear end edge 61, the traveling speed of the sedan vehicle 1, the surface shape of the roof 6 and the rear window 7, and the like.
[0028]
When the air resistance reducing device 20 is installed on the roof 6, the air flowing along the surface of the bump 21 causes the two vertical vortices WL <b> 1 and WL <b> 2 of the rotation axis of the air behind the bump 21 to follow the flow direction. (See FIG. 7: Arrow S in the figure indicates the direction of the flow toward the bump 21). More specifically, since the pressure behind the bumps 21 decreases along the flow direction, air flows from the surroundings toward the longitudinal axis behind the bumps 21, and as a result, as viewed from behind the bumps 21, Two strips of flow FL1 and FL2 wrapping inward from the left and right sides are generated (see FIG. 8: rear view of the rear surface of the bump 21), which propagates backward to form two longitudinal vortices WL1 and WL2.
[0029]
For example, when the height of the bump 21 is equal to or slightly higher than the thickness of the boundary layer, the upper side of the vertical vortices WL1 and WL2 reaches the main flow area as shown in FIG. Entangles the fast mainstream with the flow in the slow flow boundary layer. For this reason, the velocity of the flow in the boundary layer increases near the rear edge 61 of the roof 6 or the upper portion 7a of the rear window 7, and the inertial force also increases. The separation point that balances with the backflow pressure of the vehicle moves rearward on the surface of the rear window 7 compared to the case where no air resistance device is installed, and the pressure itself in the separation region also rises. This results in a reduction in lift, ie an increase in its downforce.
[0030]
As a result, the air pressure difference between the front and rear of the vehicle body during traveling of the sedan vehicle 1 is reduced, and the drag due to the vortex generated at the rear of the vehicle body is also reduced, so that the air resistance of the vehicle body is reduced.
Further, the air resistance reducing device 20 can further enhance the lift reduction effect by the rear spoiler 8. That is, due to the effect of the air resistance reducing device 20, the separation point is shifted rearward along the surface of the rear window 7, so that the flow passing near the surface of the rear window 7 and passing through the rear spoiler 8 increases. As a result, the effect of the rear spoiler 8 becomes more prominent, the force for pressing the rear part of the vehicle body downward (negative lift) increases, and the lift decreases. The rear spoiler 8 has an effect of generating negative lift by rectifying the direction of air flow on the uppermost surface of the rear end in a horizontal or upward direction, which tends to flow obliquely downward without the rear spoiler 8. Further, as the rear spoiler 8, in addition to the winged system as in the present embodiment, for example, a system that rectifies the air flow upward by making the upper surface shape of the trunk lid 5a into a loose concave shape (concave upward). It may be.
[0031]
In this embodiment, as shown in FIGS. 5 and 6, the shape of the bump 21 is a shape obtained by dividing the ellipsoidal rotator by a plane including the longitudinal axis or a plane parallel thereto. As shown in the example of FIG. 19, a hemispherical shape, a half teardrop shape, two polygonal cones, or a double cone obtained by combining the bottoms of cones with each other, divided into a plane including the longitudinal axis or a plane parallel to the plane. Also good. Further, as shown in FIGS. 20 to 23, the bump-shaped rear end portion including the case of the present embodiment may be cut into a vertical or tapered shape. Alternatively, as shown in FIG. 24 , although not an embodiment of the present invention , the central axis of the bump may be inclined by 10 ° to 30 ° with respect to the flow direction. And as shown in FIG. 25, it is good also considering a bump as a wedge shape with respect to the flow direction.
[0032]
In addition, about FIG. 9 thru | or FIG. 25, except FIG. 17, the direction of the flow was described with the arrow in the figure.
In the present embodiment, the bumps 21 are arranged in a row in the lateral direction on the rear edge 61 of the roof 6, but may be arranged in two rows or three or more rows. In addition, in the case of a multi-row arrangement, the number of bumps may be changed for each row.
[0033]
In this embodiment, the air resistance reduction device is mounted on the roof 6 of the sedan vehicle 1. However, the air resistance reduction device can also be applied to vehicles of other vehicle types than the sedan vehicle.
[0034]
【Example】
Example 1
26 and 27 are arranged in a row in the width direction of the roof at the rear edge of the roof of the sedan vehicle having the rear spoiler. In this case, each bump has a length L1 = 62 mm, a width W1 = 22 mm, a height H1 = 5 mm to 15 mm, and the elliptic rotating body is cut at a plane including the longitudinal axis or a plane parallel thereto. It has a halved shape. The interval between the bumps was 125 mm.
[0035]
Under the above-described conditions, the air resistance coefficient C _D , the lift coefficient C _{LR at} the rear tire position, and the lift coefficient C _LF at the front tire position are measured, and these measured value X and measured value Y without bumps are measured. The deviation (Y-X) between the two is shown in FIG. In the case of no bump, the above coefficients were C _D = 0.4, C _LR = 0.02, and C _LF = 0.08, respectively.
[0036]
Due to the presence of the bumps, the air resistance coefficient C _D and the lift coefficient C _{LR at the} rear tire position are reduced, and it can be seen that the present air resistance reduction device is effective in reducing the air resistance and reducing the lift at the rear of the vehicle body.
It can also be seen that the air resistance reduction effect is maximized when the bump height is in the vicinity of 25 mm.
[0037]
【The invention's effect】
In the first aspect of the invention, the rear surface region of the roof surface has an axis along the traveling direction of the automated person, and the height thereof is the thickness of the boundary layer of the air flow relatively flowing in the vicinity of the leaf surface. because are then distributed to the same extent or convex bump set below and 30mm above slightly higher 5mm than this thickness, the drag from a region that occurs in peeling the flow of air in the boundary layer is reduced As the pressure decreases, the air pressure itself in the separation region also increases, so that the pressure difference between the front and the rear of the automobile is reduced, and the air resistance during driving of the automobile can be reduced.
[0038]
Furthermore, since the height of the bump is limited to 5 mm or more and 30 mm or less, the mainstream can be sufficiently drawn into the flow in the boundary layer, and the air resistance reduction effect by the bump can be sufficiently exhibited, and the bump itself The air resistance can be reduced as much as possible, and an excellent effect of producing an excellent air resistance reduction effect as a whole is achieved.
[0039]
Since the bumps are disposed immediately before the separation occurs, that is, in the rear end region of the roof, the effect of the vertical vortex on the flow in the boundary layer near the separation point becomes significant, and the number of bumps required is small. In addition, the air reduction effect can be maximized.
In the invention of claim 2, since the bump width is 10 mm or more and 50 mm or less and a plurality of bumps are arranged in the width direction of the roof and the interval between the bumps is 3 mm or more and 200 mm or less, air resistance reduction by the bumps is achieved. There is an excellent effect that the effect can be sufficiently exhibited.
[0040]
In the invention of claim 3, since the length of the bump is set to 30 mm or more and 200 mm or less, a boundary layer is formed in the vicinity of the surface of the bump, and the air resistance of the bump itself is reduced.
In the invention of claim 4, since the front end portion of the bump has a shape that distributes the air flow to the left and right, the air resistance of the bump itself is further reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing the flow of air around a sedan vehicle when the sedan vehicle travels.
FIG. 2 is a schematic side view of an automobile provided with an air resistance reducing device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a schematic plan view of the automobile of FIG.
4 is an AA arrow view in FIG. 3. FIG.
FIG. 5 is a plan view of a bump according to an embodiment;
6 is a side view of the bump of FIG. 5;
FIG. 7 is a schematic view showing a vertical vortex generated behind a bump according to an embodiment.
FIG. 8 is a view for explaining a vertical vortex generating mechanism of FIG. 7;
FIG. 9 is a plan view showing another type of bump.
10 is a side view of the bump of FIG. 9;
FIG. 11 is a plan view showing another type of bump.
12 is a side view of the bump of FIG. 11. FIG.
FIG. 13 is a plan view showing another type of bump.
14 is a side view of the bump of FIG. 13;
FIG. 15 is a plan view showing another type of bump.
16 is a side view of the bump of FIG. 15;
FIG. 17 is a front view of another type of bump.
18 is a plan view of the bump of FIG. 17;
FIG. 19 is a side view of the bump of FIG. 17;
FIG. 20 is a plan view showing another type of bump.
21 is a side view of the bump of FIG. 20;
FIG. 22 is a plan view showing another type of bump.
23 is a side view of the bump of FIG. 23. FIG.
FIG. 24 is a plan view showing another type of bump.
25 is a side view of the bump of FIG. 24. FIG.
26 is a plan view of bumps used in Example 1. FIG.
27 is a side view of the bump of FIG. 26. FIG.
28 is a graph showing the effect of Example 1. FIG.
[Explanation of symbols]
1 Sedan Car 6 Roof 61 Rear Edge 7 Rear Window 20 Air Resistance Reduction Device 21 Bump

Claims

Including a plurality of convex bumps provided on the roof surface of the automobile, the bumps being distributed in the rear end region of the roof surface, and having a longitudinal axis along the traveling direction of the automobile;
When the automobile is running, a relative flow of air above the roof surface is separated from the roof surface, and the boundary layer is located near the rule surface and slower than the main flow. when the section of the the flow, characterized in that the height of the bumps is set to and 30mm or less slightly higher 5mm or more than the thickness equal to or above the thickness of the boundary layer from the roof surface Air resistance reduction device for automobiles.

The bump is
2. The automobile according to claim 1, wherein a width with respect to a traveling direction of the automobile is 10 mm or more and 50 mm or less, and is disposed in a width direction of the roof, and an interval between bumps is 3 mm or more and 200 mm or less. Air resistance reduction device.

The bump is
The air resistance reducing device for an automobile according to claim 1 or 2, wherein a length along a traveling direction of the automobile is 30 mm or more and 200 mm or less.

The front end portion of the bump has a shape that distributes the air flow relatively flowing on the roof to the left and right of the bump and flows along both side surfaces of the bump when viewed in the traveling direction of the automobile. The air resistance reduction device for an automobile according to any one of claims 1 to 3.