KR20150002123U - 차량의 마찰력을 저감하는 유동유도장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은, 주행하는 차량의 유속분포를 개선하여 주행시 노면과의 접지 부위에서의 마찰력을 저감함으로써 연비를 개선할 수 있는 차량의 마찰력을 저감하는 유동유도장치에 관한 것으로, 휠 중의 최소한 어느 하나 이상의 전방측에서 차량의 하부에 결합되는 결합부와, 후방측으로 갈수록 지면과 가까워지도록 경사진 형태로 형성되고 차량의 저부에 흐르는 주행유동을 휠의 하부로 집중하여 타이어와 지면과의 마찰력을 저감하는 안내면부를 포함하는 차량의 마찰력을 저감하는 유동유도장치를 제공한다. 따라서, 주행에 따른 지면과의 마찰력을 저감하여 연비를 향상할 수 있다.

Description

차량의 마찰력을 저감하는 유동유도장치{FLUID FLOW DIRECTING APPARATUS FOR FRICTION FORCE REDUCTION OF VEHICLE}

본 고안은 차량의 주행과 관련된 것으로, 보다 구체적으로는 주행하는 차량의 유속분포를 개선하여 주행시 노면과의 접지 부위에서의 마찰력을 저감함으로써 연비를 개선할 수 있는 차량의 마찰력을 저감하는 유동유도장치에 관한 것이다.

일반적으로, 연비란 자동차의 단위 연료당 주행 거리의 비율을 말하는 것으로, 주행거리를 사용한 연료의 양으로 나누어 연료 1리터(ℓ)당 주행 킬로미터 또는 1갤런 당 마일로 표시한다.

이와 같은 차량의 연비는 소비자가 차량을 선택하는데 중요한 요소로서 작용을 하게 되며, 따라서 차량의 제조업체에서는 연비를 향상시키기 위한 기술개발에 역점을 두고 있는 실정이다.

최근에는 유류비 상승에 따른 경제적인 부담과 대기오염의 문제로 인하여 연비상승은 소비자는 물론 국가적으로도 큰 관심사로 부각되고 있다.

연비를 향상시키기 위한 개선분야는 크게 엔진개발 분야와 변속기개발 분야와 바퀴개발 분야 및 중량감소 분야와 공기역학적 분야로 분류될 수 있다.

상기의 엔진개발 분야와 변속기개발 분야는 큰 비용을 요하고 또한 동력성능 분야와 상충되는 면이 있어 현실적으로 쉽게 개선할 수가 없다는 한계가 있다.

근래에는 엔진과 변속기는 기술적 발전이 거의 한계에 와있는 상황이기 때문에 바퀴개발 분야와 중량감소 분야 및 공기역학적 분야는 다른 분야와 상충되는 면이 없어 연비개선의 중심으로 부각되고 있다.

여기서, 바퀴개발 분야는 노면과 접촉되는 타이어의 구름저항계수와 밀접한 관계가 있는 것으로써, 상기의 구름저항계수는 차속에 비례하는 경향이 있으며 또한 작을수록 연비향상에 도움을 주게 되나, 제동안정성과 주행안정성의 측면에서는 구름저항계수를 작게 하면 문제가 발생할 수 있어 이를 적절하게 트레이드오프해야하는 과제를 안고 있다.

한편, 공기역학적인 개선을 위하여 차량 전체의 공기저항계수를 낮추어 연비를 높이기 위한 노력도 병행하여져 왔다. 이러한 공기저항계수는 Cd 단위로서 표시되며 적은 값일 수록 공기저항이 작은 차가 된다. 승용차는 0.35~0.45 정도의 값을 가지며 스포츠카의 경우 0.3 내외로 알려져 있으나, 최근에는 고속주행시 연비의 저하 정도가 매우 커짐을 고려하여 이 값을 낮추기 위한 노력이 이어지고 있다.

그러나, 각각의 분야는 별개로서의 노력이 이어져왔고 공기역학적분야는 특히 바퀴개발 분야와는 전혀 별개의 영역으로 인식되어 있어 이를 연동하는 기술개발은 미미한 실정이다.

한국 공개실용신안공보 실1998-0007927호는 타이어의 와류를 감소하여 안전운행을 할 수 있는 차량의 와류 감소형 머드 가드를 개시하고 있으나, 이는 휠 측에 공기유동을 개선하기 위한 목적에 불과한 것으로 마찰저항과는 별개의 개념이다.

차량의 주행 중에 지속적으로 지면과 마찰되는 타이어에 의한 연비의 저하에 대한 개선책이 요구된다.

본 고안은 상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 차량의 주행 중 타이어와 노면과의 마찰력을 공기역학적으로 개선함으로써 주행 연비를 증가시킬 수 있는 차량의 마찰력을 저감하는 유동유도장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 고안은 단순하면서도 장착이 용이한 구조를 가짐으로써 생산성과 경제성이 향상될 수 있는 차량의 마찰력을 저감하는 유동유도장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 고안은, 휠 중의 최소한 어느 하나 이상의 전방측에서 차량의 하부에 결합되는 결합부와, 후방측으로 갈수록 지면과 가까워지도록 경사진 형태로 형성되고 차량의 저부에 흐르는 주행유동을 휠의 하부로 집중하여 타이어와 지면과의 마찰력을 저감하는 안내면부를 포함하는 차량의 마찰력을 저감하는 유동유도장치를 제공한다. 따라서, 주행에 따른 지면과의 마찰력을 저감하여 연비를 향상할 수 있다.

상기 안내면부의 후단측은, 휠의 높이방향 중심보다 하향 배치되며, 안내되는 유동은 타이어의 전방 하부에서 접촉을 개시하고 지면과의 마찰면부까지 마찰되면서 회전방향의 보조동력을 제공할 수 있다.

상기 안내면부는, 상측으로 오목한 형태로 이루어지고 후방의 유출부에서 폭방향 중심측이 양측보다 더 높게 형성될 수 있다.

상기된 본 고안에 따른 차량의 마찰력을 저감하는 유동유도장치는 주행유동을 타이어 외측으로 회피시키지 않고 저부 또는 측방의 주행유동을 적극적으로 타이어와 지면의 접지부위로 집중시킴으로써 주행 중에 발생되는 타이어의 마찰력을 저감할 수 있도록 하므로 주행 중 발생되는 마찰력에 의한 연비의 손실을 저감함으로써 연비가 향상되는 효과가 있다.

또한, 타이어의 상방 및 측방으로 유동되어 발생되는 와류에 의한 공기저항을 감소시킬 수 있으므로 공기저항계수를 더욱 낮출 수 있으므로 연비향상에 더욱 효율적이다.

도 1은 본 고안의 개념에 따른 차량의 마찰력을 저감하는 유동유도장치를 설명하기 위한 개념도이다.
도 2는 본 고안의 유동유도장치를 확대하여 나타내는 도면들이다.
도 3은 본 고안의 제1실시예에 따른 전륜 측의 유동유도장치를 나타내는 저면도이다.
도 4는 본 고안의 제2실시예에 따른 후륜 측의 유동유도장치를 나타내는 저면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시예에 따른 차량의 마찰력을 저감하는 유동유도장치를 상세하게 설명한다.

본 고안에서는 기본적으로 승용차에 적용되는 유동유도장치를 주로하여 설명되나 트럭이나 밴 등과 같은 다양한 종류의 차량은 물론 이륜차 또는 삼륜차와 같이 타이어와 지면의 구름저항을 가지는 다양한 종류의 이동수단에 적용될 수 있음은 자명하다. 또한, 자전거와 같이 인력을 통하여 이동될 수 있는 바퀴를 구비하는 이동수단 역시 본 고안의 차량의 개념에 포함되는 것으로 이해되어야할 것이다.

도 1은 본 고안의 개념에 따른 차량의 마찰력을 저감하는 유동유도장치를 설명하기 위한 개념도이다.

본 고안은 기본적으로 차량의 하부에서 휠의 전방측에 배치되어 차량하부에서 전방에서 후방으로 흐르는 주행유동을 타이어의 접지면측으로 안내하는 유동유도장치를 제공한다.

휠(Wheel)은 타이어와 함께 차량의 하중을 지지하고, 구동력, 제동력 및 횡력을 노면에 전달하는 기능을 하는 것으로, 본 고안에서는 설명의 편의상 '휠'을 회전축, 스포크, 림 및 타이어를 포함하는 것으로 정의하여 사용하도록 한다.

또한, 주행유동이란 차량의 주행시 차량에 대하여 상대적인 속도를 가지는 공기의 흐름을 말하는 것으로 이해되어야 한다.

본 고안에서는 차량(10)의 하부에서 전륜(11) 또는 후륜(12)을 구성하는 휠 중의 최소한 어느 하나에 작용할 수 있는 유동유도장치(100)를 제시하는데, 이러한 유동유도장치(100)는 차량의 저부에 흐르는 주행유동을 휠의 저부로 안내함으로써 접지면에서의 마찰력을 저감하는 개념을 제공하는 것이다.

종래에 차량 하부에 결합되는 물받이나 와류감소장치들의 경우 타이어로부터 또는 타이어로 흐르는 공기를 제한하거나 억제함으로써 공기역학적인 저항 즉, 차량 전체의 공기저항계수를 저감하는 것을 목적으로 하나, 본 고안의 개념에서는 공기의 유동을 적극적으로 휠 측으로 안내하는 차이가 있는 것임에 유의하여야 한다.

특히 최근에는 차량의 고속주행성을 향상하기 위하여 양력을 저감하고 다운포스(Down Force)를 증가시키는 데에만 주안을 두고 있다. 여기서 다운포스란 공기역학적으로 차의 보디를 노면 쪽으로 억압 하향하는 힘을 말하는 것으로, 프론트 에어림이나 리어스포일러 등이 그 기능을 수행하며 최근에는 차량 보디 전체의 형상을 다운포스를 향상하기 위하여 디자인하기도 한다. 그런데, 상기한 바와 같이 연비의 저하에 영향을 미치는 주요 요소로서 타이어와 지면과의 마찰력이 그 역할을 크게 차지하기 때문에 이러한 다운포스는 차량의 속도가 증가할 수록 연비저하의 원인이 된다.

유동유도장치(100)는 차량의 저부면으로부터 점차적으로 유동을 하향이동시키면서 타이어와 접지면의 사이에 주행유동을 집중시키도록 기능하는데, 도시된 바와 같이 전방에서 후방측으로 갈수록 지면과의 높이가 작아지는 형태로 이루어지게 된다.

도 2는 본 고안의 유동유도장치를 확대하여 나타내는 도면들이다.

도 2의 (a)는 유동유도장치(100)를 측면에서 바라본 측면도로서, 상기한 바와 같이 차량의 저부와 결합되는 결합부(120)와 하부에서 주행유동을 안내하는 안내면부(110)로 구성될 수 있다.

최근 승용차들의 경우는 하부 오염을 방지하기 위하여 언더커버(Under Cover)를 부착하는 사례가 증가되고 있고, 이러한 언더커버는 차량 저부의 주행유동에 대한 흐름성을 개선하는 기능도 가지고 있다. 이를 위하여 상기 결합부(120)는 대략 평판 형태로 구성되는 것이 바람직하고 후술될 바와 같이 볼팅과 같은 체결수단에 의하여 언더커버 또는 하부 프레임에 체결이 이루어질 수 있다.

안내면부(110)는 전방측에서 후방측으로 주행유동을 점차적으로 하향이동하되, 전륜(11) 또는 후륜(12)의 휠의 저부 중심으로 주행유동을 집중할 수 있는 형상으로 이루어진다. 따라서, 기본적으로 전방측에서 지면과의 높이가 가장 높고 후방측에서 가장 낮은 형태로 이루어지며 후방측으로 갈수록 경사도가 점차 증가하는 곡선 형태, 즉 오목한 형상으로 형성되는 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

도 2의 (b)는 저면에서 바라본 실시예를 나타낸다.

상기와 같이 본 고안의 유동유도장치(100)는 전방의 유동을 후방으로 안내하면서 타이어의 접지면 측으로 주행유동을 집중하도록 기능하는데, 이를 위하여 주행유동의 안내가 개시되는 전방보다 배출하는 후방의 폭이 더 좁은 형태로 이루어지는 것이 바람직하다.

도시된 바와 같이 전방은 유입부(111)로서 폭이 비교적 넓고, 후방은 유출부(112)로서 폭이 비교적 작게 형성된다.

또한, 유출부(112)의 경우 중심측의 높이가 지면으로부터 높고 그 양측으로 갈수록 지면과 가까워지는 형태로 이루어지는 것이 측방의 유동을 중심측으로 집중하는 데 더 효율적일 수 있으며, 이에 따라 안내면부(110)의 전체적인 형태는 중심측으로 오목한 숫가락 내지는 삽의 형태로 이루어질 수 있다.

저면에서 바라보는 상태에서 화살표로 표시된 부위는 공기가 진행되는 방향을 나타내는 것으로, 접지면에서의 마찰력을 더욱 크게 저감할 수 있도록 유동유도장치(100)의 안내면부(110) 폭은 타이어의 폭보다 더 크게 이루어지는 것이 더욱 바람직하다.

또한, 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이 최소한 안내면부(110)의 후단측이 휠의 높이방향 중심보다는 하측에 배치되는 것이 접지면으로의 주행유동의 집중에 효과적일 수 있다.

이때, 차량의 하부에서 안내되는 공기는 타이어의 회전방향으로 유동이 이루어지므로 타이어의 트레드표면과 마찰되어 휠의 회전에 보조동력을 제공할 수 있는 이점도 제공함에 유의하여야 한다.

한편, 도 1을 참고하면 본 고안의 유동유도장치(100)는 전륜(11)과 후륜(12)의 양측에서 각각의 휠에 대응되도록 차량(10)의 저부에 배치될 수 있는데, 차량의 속도가 증가될 수록 즉, 주행유동의 속도가 빨라질 수록 접지면과의 마찰력을 이에 비례하여 저감시키게 된다. 그런데, 마찰력의 저감이 지나치게 높아지는 경우에 전륜의 조향성에 영향을 미칠 가능성이 있고 이를 고려하여 후륜 측에만 유동유도장치(100)를 배치하는 구성을 고려해볼 수 있다.

이 경우 차량의 주행속도가 증가되면 후륜에서 소정의 양력이 발생할 수 있고 이때 전륜측에서 소폭 차량의 거동이 하향이동되는 현상을 유도할 수 있게 된다. 이는 조향성의 향상의 효과로 이어질 수 있으며 특히 전륜구동 차량의 경우 후륜(12) 측에만 유동유도장치(100)가 배치되는 경우 주행시의 슬립현상의 감소는 물론 조향성의 향상에도 기여할 수 있는 이점을 가진다.

한편, 경우에 따라 전륜(11) 측에 배치되는 유동유도장치(100)의 크기가 후륜(12) 측에 배치되는 유동유도장치(100)의 크기보다 작게 형성되어 전륜 휠로 집중되는 유동의 양을 저감하도록 구성하는 경우도 고려할 수 있다. 이러한 주행유동의 집중되는 양은 상기한 바와 같은 안내면부(110)의 형상에 의하여서도 변경시킬 수 있을 것이다.

또한, 경우에 따라 상기 안내면부(110)의 경사도를 가변시킬 수 있는 추가적인 개념이 제시될 수 있는데, 이 경우 수동 작동을 통하여 그 경사도를 가변시키거나 소정의 구동장치를 통하여 경사도를 가변시킬 수 있다.

다만, 상기 안내면부(110)를 변형이 가능한 재질로 형성하여 속도가 증가될 수록 후방측이 상측으로 변형되면서 그 집중되는 유동의 양을 저감하도록 하는 것이 더 효율적일 수 있다. 따라서, 속도의 증가에 의하더라도 그 마찰저감의 정도를 일정하게 유지할 수 있는 이점을 가진다.

도 3은 본 고안의 제1실시예에 따른 전륜 측의 유동유도장치를 나타내는 저면도이다.

일반적인 세단의 경우는 저부에 언더커버를 구비하여 별도의 구성으로 유동유도장치(100)를 결합하는 경우 언더커버에 볼팅과 같은 방식으로 결합하거나 다른 외부로 노출된 프레임의 부위에 결합이 이루어질 수 있을 것이다.

다만, 특히 세단의 경우 범퍼에서 전륜의 휀더까지의 거리를 의미하는 오버행(Overhang)이 짧기 때문에 특히 차량의 전방에 이를 결합하는데 어려움이 존재할 수 있다.

이를 고려하여 양측의 유동유도장치(100)가 브라켓부(210)에 의하여 상호 연결되어 브라켓부(210)에서 체결부(211)에 의하여 차량 하부와의 결합이 이루어질 수 있다.

도시된 사항은 일예시로서 브라켓부(210)는 다양한 형태로 이루어질 수 있으며 상기와 같이 오버행이 짧은 차량의 경우 브라켓부(210)가 후방으로 연장된 형태로 형성될 수 있음은 물론이다.

도 4는 본 고안의 제2실시예에 따른 후륜 측의 유동유도장치를 나타내는 저면도이다.

트럭과 같은 차량의 경우 양측에 공구함이나 부수적인 장치들이 장착되는 경우가 많고, 특히 후륜과 전륜의 사이에 그 배치가 집중되기 때문에 도 1과 같이 후륜(12) 측에서 유동유도장치(100)의 배치에 한계를 가질 수 있다.

이러한 공간적인 한계의 문제를 극복하기 위하여 본 고안의 제2실시예에서는 양측의 유동유도장치(100) 하나의 부재로 일체로서 형성되는 경우를 제시하도록 한다.

즉, 차량의 저부에서 중심으로 유동되는 주행유동은 유입면부(130)를 통하여 유입되고 양측의 가지 형태로 분기되는 제1유출부(131) 및 제2유출부(132)에 의하여 분할되어 각각 후륜(12)의 휠측, 더욱 정확하게는 후륜(12)의 타이어 접지면으로 안내될 수 있다.

이러한 제2실시예의 유동유도장치(100)도 제1유출부(131) 및 제2유출부(132)의 후단측으로 갈 수록 지면과의 거리가 가까워지는 경사형태를 가질 수 있으며, 마찬가지로 타이어의 폭방향 중심측으로 안내할 수 있도록 각각 유출부의 양측이 더욱 하측으로 연장된 형태로 이루어질 수 있다.

이러한 제2실시예의 유동유도장치(100)의 형태는 반드시 도시된 사항에 한정되는 것은 아니며 후륜(12)과의 거리도 선택에 따라 다양하게 설정될 수 있다. 이러한 유동유도장치는 전륜측에 배치되어 공간적인 한계를 극복하도록 기능할 수 있음은 물론이다.

상기된 제1실시예 및 제2실시예에서도 전술한 유동유도장치의 다양한 실시예들이 적용될 수 있으며 이에 관하여 중복되는 설명은 생략하도록 한다.

한편, 본 고안에서는 대략 안내면부(110)가 상측으로 오목한 형태로 형성되어 하부가 개방된 유동안내면으로 형성되는 경우로서 설명이 이루어졌으나 경우에 따라 소정의 관로 형태로 형성되어 유입구의 공기를 압축하여 유출구를 통하여 접지면 측으로 안내하도록 변형될 수 있다.

상기한 바와 같은 본 고안의 차량의 마찰력을 저감하는 유동유도장치는 주행유동을 타이어 외측으로 회피시키지 않고 저부 또는 측방의 주행유동을 적극적으로 타이어와 지면의 접지부위로 집중시킴으로써 주행 중에 발생되는 타이어의 마찰력을 저감할 수 있도록 한다. 이를 통하여 주행 중 발생되는 마찰력에 의한 연비의 손실을 저감함으로써 연비가 향상되는 이점을 가진다.

또한, 타이어의 상방 및 측방으로 유동되어 발생되는 와류에 의한 공기저항을 감소시킬 수 있으므로 공기저항계수를 더욱 낮출 수 있으므로 연비향상에 더욱 효율적이다.

이상에서, 본 고안은 실시예 및 첨부도면에 기초하여 상세히 설명되었다. 그러나, 이상의 실시예들 및 도면에 의해 본 고안의 범위가 제한되지는 않으며, 본 고안의 범위는 후술한 실용신안등록청구범위에 기재된 내용에 의해서만 제한될 것이다.

10...차량 11...전륜
12...후륜 100...유동유도장치
110...안내면부 111...유입부
112...유출부 120...결합부
130...유입면부 131...제1유출부
132...제2유출부 210...브라켓부
211...체결부

Claims (3)

1. 휠 중의 최소한 어느 하나 이상의 전방측에서 차량의 하부에 결합되는 결합부;와,
   후방측으로 갈수록 지면과 가까워지도록 경사진 형태로 형성되고 차량의 저부에 흐르는 주행유동을 휠의 하부로 집중하여 타이어와 지면과의 마찰력을 저감하는 안내면부;를 포함하는 차량의 마찰력을 저감하는 유동유도장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 안내면부의 후단측은,
   휠의 높이방향 중심보다 하향 배치되고 전방보다 좁은 폭으로 이루어지며, 안내되는 유동은 타이어의 전방 하부에서 접촉을 개시하고 지면과의 마찰면부까지 마찰되면서 회전방향의 보조동력을 제공하는 것을 특징으로 하는 차량의 마찰력을 저감하는 유동유도장치.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 안내면부는,
   상측으로 오목한 형태로 이루어지고 후방의 유출부에서 폭방향 중심측이 양측보다 더 높게 형성되는 것을 특징으로 하는 차량의 마찰력을 저감하는 유동유도장치.

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