JP6973906B2 - フロントバンパ下のフィン構造 - Google Patents

Description

本発明はフロントバンパ下に配置されるフィンの構造に関するものである。

走行風の車体床下流速を減速させ整流することを目的として、フロントバンパの下端にフィンを設けることが行われている。これはエアダム若しくはフロントスポイラとも呼ばれる。

このフィンの目的は、車体走行時に車体床下の空気抵抗を低減させることである。車体前部の下端に設けられたフィンは、車体の床下に空気が入ることを抑制するので、車体底面にアンダーカバーを設けなくても整流効果を得ることができ、車体床下の空気抵抗と揚力の悪化を抑制することができる。

特開２００５−１７８５４６号公報

フロントバンパ下のフィンはフィン自体にフロントバンパ下の風流れを衝突させることで床下風流れを減速させ、かつ風流れの方向を斜め下方に揃えて整流して車体底面から剥離させる。そのことによって、凹凸のある床下形状への風流れの衝突を低減でき空気抵抗力と揚力を低減する効果が有る。更に床下風流れの減速は車体後流渦を弱める効果も有り、空気抵抗力を更に低減する。しかし、フィン自体にフロントバンパ下の風流れが衝突する際に空気抵抗力が発生し、車体全体の空気抵抗力低減効果が目減りするという課題があった。

本発明は上記の課題に鑑みて想到されたものであり、フィンによる高速安定性は確保しつつ、空気抵抗係数を小さくするフィンの構造を提供するものである。

より具体的に本発明に係るフィン構造は、
フロントバンパ下端に表面が走行方向を向いて設けられ、
前記表面の所定領域に開口部が形成されているフィン構造であり、
前記所定領域は、
前記フィンの中央から左右の端にむかってトレッド長の２０％以上６０％以下の領域で
あり、
前記フィンの中央からトレッド長の６０％を超える領域には貫通孔がなく、
前記開口部は直径９ｍｍ±２ｍｍの貫通孔で、前記貫通孔同士の間隔が前記直径の２．
５〜３．５倍程度の距離で配置されていることを特徴とする。

本発明に係るフィン構造は、フィンの表面の所定位置に所定の大きさの開口を設けることで、フィンによる床下風流れの減速と整流による空気抵抗低減と揚力低減効果を維持したままで、フィンの正圧と、背面負圧の絶対値を低下させることができる。その結果、従来よりも空気抵抗を低減させることができ、燃費の向上に寄与する。

本発明に係るフィン構造が装着された状態およびフィンの外観を示す図である。 本発明のフィンの効果を示す図である。 フィン構造における所定の領域を示す図である。 シミュレーション結果を示す図である。

以下に本発明に係るフィン構造１について図面を用いながら説明を行う。なお、以下の説明は本発明の一実施形態を例示するものであり、本発明は以下の説明に限定されない。したがって、以下の説明は本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて改変することができる。なお、本明細書において矢印Ｆｒは車体前方向を示し、矢印Ｒｒは車体後方向を示すものとする。

図１（ａ）に本発明に係るフィン１０を搭載した車の正面図を示す。図１（ｂ）はフィン１０だけの斜視図である。フィン１０は、車体の最前方に配置されるバンパ５０の下端に設けられる板状部材である。長さ１０Ｌは、車体のトレッド長ＴＬの半分より長く、トレッド長ＴＬより短い。

フィン１０は、バンパ５０の下面から地面に向かって数十ｍｍの長さが延び下がるように配置される。車幅方向に沿った長さがフィン１０の長辺の長さ１０Ｌとなり、バンパ５０の下面から地面に向かう長さがフィン１０の短辺の長さ１０ｓとなる。なお、短辺の長さ１０ｓは、場所によって変化してもよい。

フィン１０の表面１０ｆは、走行前方を向いて配置される。つまり、フィン１０の表面には走行風がほぼ垂直に当たる。本発明に係るフィン構造１では、所定箇所に複数個の開口部１２が形成されている。

図２に図１の自動車の下方側面図を示す。図２（ａ）は、フィン１０がない場合の車体側面図であり、図２（ｂ）は従来のフィン１００（開口部１２がないフィン）が取り付けられた車体側面図であり、図２（ｃ）は本発明に係るフィン１０を取り付けた車体側面図である。

図２（ａ）を参照して、車体６０前方からの気流ｆ１は車体６０下方へも流れる。自動車の車体下面６０ｄは、近年平滑になるように形成されているが、アンダーパネルで覆わない限り、凸状形状や凹状形状の部材が露出している。車体下面６０ｄを流れる気流ｆ２がこれらの部材の凹凸形状によって乱されるので、車体後部で圧力回復ができず、全体として空気抵抗が大きくなる。

図２（ｂ）を参照する。フィン１００は、前方からの気流ｆ１を車体６０下方へ流すことで、車体下面６０ｄの凹凸形状によって気流ｆ２が乱される程度を小さくする。これをフィンの整流効果と呼ぶ。結果、車体６０全体としての空気抵抗は小さくなる。しかし、フィン１００の裏面１００ｂ側の圧力は低くなり、渦流ｆｎが発生する。したがって、この部分では空気抵抗が発生することとなる。

前方からの気流ｆ１は、フィン１００に衝突することで減速し、さらに車体下方へ流されることで整流される。これによって、車体下面６０ｄを流れる気流ｆ２は、凹凸形状から剥離され、凹凸形状から受ける影響が少なくなり、空気抵抗が低減される。

また、車体下面６０ｄを流れる気流ｆ２が減速することで、車体後流渦を弱める。そのため、車体全体としての空気抵抗はさらに小さくなる。しかし、前方からの気流ｆ１がフィン１００に衝突するため、フィン１００の裏面１００ｂ側の圧力（背面負圧）の絶対値は大きくなり、渦流ｆｎが発生する。したがって、この部分では空気抵抗が大きくなる。

図２（ｃ）を参照する。本発明に係るフィン１０は、フィン表面１０ｆの所定箇所に開口部１２（図１参照）が形成されている。従って、開口部１２を流路とする空気の流れ気流ｆ３がフィン表面１０ｆの正圧を低下させるとともに、フィン１０の背面負圧の絶対値も低下させる。なお、フィン１０の背面負圧とは走行時のフィン１０の裏面１０ｂ側の負圧をいう。

したがって、前方からの気流ｆ１がフィン１０に衝突することによる空気抵抗を低減することができる。また、開口部１２は、フィン本来が持つ整流効果を阻害するほど大きなものでないので、車体下面６０ｄを流れる気流ｆ２は、通常のフィン１００の場合同様に、車体下面６０ｄの凹凸形状で乱されることがない。

図３にフィン１０の正面図を示す。本発明に係るフィン構造１においては、フィンのもつ整流効果を維持しつつ、フィン自体の空気抵抗を低減できる効果を得るために、開口部１２を形成する場所と大きさに制限がある。まず、開口部１２は、フィン１０の所定の領域１０ｒに形成する。

ここで所定の領域１０ｒとは、開口部１２を通過した空気の流路がフィン表面１０ｆによる整流効果に影響を与えず、かつフィン１０の正圧とフィン１０の背面負圧の絶対値を小さくできるだけの空気の流量が得られる領域である。なお、背面負圧の絶対値とは、走行中のフィン１０の表面１０ｆ側の圧力と裏面１０ｂ側の圧力の中間値をゼロとした場合の負圧側の値を意味する。通常１気圧からの減少分と考えてもよい。

より具体的には、所定の領域１０ｒは車体の中央から左右の端に向かって、トレッド長ＴＬの２０％以上６０％以下の領域である。

車体中央部分は、車体下方を流れる気流に大きな影響を与える。したがって、この領域に開口部１２を設けると、フィン１０の背面負圧を維持できなくなる。つまり、フィンの整流効果自体が維持できなくなる。またフィン１０の両端部に近くなると、そもそもフィン表面１０ｆの圧力があまり高くないので空気抵抗の減少に効果がなくなる。

開口部１２は１つが直径９ｍｍ±２ｍｍの丸孔が好適である。大きすぎると、空気が流れすぎて、フィン１０の背面負圧が維持できない。小さすぎるとフィン１０の背面負圧の絶対値の減少に効果がなくなる。つまり、フィン自体の空気抵抗の低減に寄与しない。なお、開口面積が直径９ｍｍ±２ｍｍの丸孔と同程度であれば、開口形状自体は四角若しくは三角などの他の形状であってもよい。

所定の領域１０ｒに設ける開口部１２は直径９ｍｍ±２ｍｍの丸孔を少なくとも２か所以上、好ましくは５か所以上形成する。これらの複数の開口部１２は互いに接近しすぎると好ましくない。開口部１２を通過した空気の流れが他の開口部１２を通過した空気の流れを大きく乱さない程度に離して形成する。開口部１２同士は直径の２．５〜３．５倍程度の距離を離しておくのがよい。

また、開口部１２の設置位置は、所定の領域１０ｒ内であれば、左右の所定の領域１０ｒで非対称になってもよい。車体下面６０ｄの形状によって好ましい位置は変わるからである。

図４には、このようにしてフィン１０に開口部１２を形成した場合の開口部１２からの空気の流れをシミュレーションした結果の一例を示す。図４（ａ）は、車体下方側から見た図である。図４（ｂ）には、フィン１０の諸元を示した。開口部１２は中央から１〜５の番号を付けた。それぞれ開口１〜開口５と呼ぶ。

図４（ａ）を参照する。車体６０の側部には、ドアミラー６０ｍがある。車体下方から見ているので、タイヤ６０ｔが見える。図４（ａ）は、車体６０の半分側だけの結果である。Ｂの領域を参照して、フィン１０の開口部１２を通過した空気は、そのまま流れるのではなく、車幅方向外側に流れてから車体後方に流れるのがわかる。

特にフィン１０の端よりの開口４、５からの流路が顕著に車幅方向で外側に向いているのが分かる。これらの流路が車体方向にそのまま流れていないことから、車体下面６０ｄの凹凸形状に影響されていないことが分かる。シミュレーションによれば、この車幅方向に流れている間の空気の圧力はフィン裏面１０ｂの圧力とほぼ同じ圧力になっていた。すなわち、これらの開口部１２は、フィン１０による整流効果を邪魔していない。

一方、開口部１２からは確実に空気がフィン１０の裏面１０ｂに流れているので、フィン１０の空気抵抗は減少している。そして、この時の車体全体のＣＤ値はフィン１０に開口部１２を付けない場合と比較して０．００１２低下させることができた。

つまり、この所定の領域１０ｒに設けたからフィン１０後方に流れる空気によってフィン１０の正圧とフィン１０の背面負圧の絶対値を小さくできたことを表している。

以上のことから「フィン１０の中央から左右に設けられ、車体中央から左右の端に向かって、トレッド長ＴＬの２０％以上６０％以下の所定の領域１０ｒ」は、開口部１２からの空気の流路がフィン１０の表面１０ｆによる整流効果に影響を与えず、かつフィン１０の正圧とフィン１０の背面負圧の絶対値を小さくできるだけの空気の流量が得られる領域であるといえる。

また、直径９ｍｍ±２ｍｍの貫通孔は、フィン１０を通過した空気量がフィン１０の正圧と背面負圧の絶対値を小さくできるだけの開口面積であるといえる。

本発明は、自動車のフロントフィンに好適に利用することができる。

１ フィン構造
１０ フィン
１０Ｌ 長辺の長さ
１０ｓ 短辺の長さ
１０ｆ フィン表面
１０ｂ フィン裏面
１０ｒ 所定の領域
１２ 開口部
５０ バンパ
６０ 車体
６０ｄ 車体下面
６０ｍ ドアミラー
６０ｔ タイヤ
ＴＬ トレッド長
ｆ１ 気流
ｆ２ 気流
ｆｎ 渦流
ｆ３ 気流
１００ フィン
１００ｂ 裏面

Claims (1)

1. フロントバンパ下端に表面が走行方向を向いて設けられ、
   前記表面の所定領域に開口部が形成されているフィン構造であり、
   前記所定領域は、
   前記フィンの中央から左右の端にむかってトレッド長の２０％以上６０％以下の領域で
   あり、
   前記フィンの中央からトレッド長の６０％を超える領域には貫通孔がなく、
   前記開口部は直径９ｍｍ±２ｍｍの貫通孔で、前記貫通孔同士の間隔が前記直径の２．
   ５〜３．５倍程度の距離で配置されていることを特徴とするフィン構造。

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