(57)【要約】【課題】  自動車の車体後端付近で発生する乱気流による排気ガス成分のリヤバンパへの付着を低減するようにした、自動車のマフラー構造を提供する。【解決手段】  車体１１の後部下方に取り付ける自動車用マフラー１０において、メインマフラー１２が、その下面１２ａに多数の凹状のディンプルを有するボルテックス・ジェネレータを備える。ディンプルは、好ましくは、直径５．１５乃至７．２０ｍｍ，深さ０．４９乃至１．３２ｍｍ，間隔０．５３乃至１．３３ｍｍに選定される。さらに、メインマフラーはその側面及び／又は上面にも多数の凹状のディンプルを有していてもよい。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車の車体後部下方に取り付けられる自動車用マフラーにおいて、
メインマフラーが、下面に多数の凹状のディンプルを有するボルテックス・ジェネレータを備えていることを特徴とする、自動車用マフラー構造。
【請求項２】
前記ディンプルが、直径５．１５乃至７．２０ｍｍ，深さ０．４９乃至１．３２ｍｍ，間隔０．５３乃至１．３３ｍｍに選定されていることを特徴とする、請求項１に記載の自動車用マフラー構造。
【請求項３】
前記メインマフラーが、その側面にも多数の凹状のディンプルを有していることを特徴とする、請求項１または２に記載の自動車用マフラー構造。
【請求項４】
前記メインマフラーが、その上面にも多数の凹状のディンプルを有していることを特徴とする、請求項１から３の何れかに記載の自動車用マフラー構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車の車体後端付近で発生する乱気流による排気ガス成分のリヤバンパへの付着を低減するようにした自動車のマフラー構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車１の走行時、図８に示すように、自動車の前方から車体表面に沿って流れて来る空気流Ｘが、車体後端２にて境界層剥離を生じて、負圧によって乱気流３が発生することが知られている。そして、このような乱気流３の発生に伴って、車体後端の下方にて開口するマフラー４から排出される排気ガス５が、図９に示すように乱気流３に引き寄せられることになり、排気ガス中に含まれる排気ガス成分の粒子５ａがリヤバンパ６に付着してしまう。
【０００３】
このように排気ガス成分の粒子５ａがリヤバンパ６に付着すると、樹脂製バンパの場合には、排気ガス成分中のカーボン粒子によって、バンパ表面にくすみが発生することになり、また金属製バンパの場合には錆び水が付着することとなって、バンパの防錆にとって好ましくない。従って、樹脂製バンパであっても金属製バンパであっても、見栄えが悪くなってしまう。
【０００４】
これに対して、リヤバンパに付着した排気ガス成分の粒子による汚れを目立たなくするために、リヤバンパ全体または少なくとも排気ガス成分の粒子付着領域に関して素地仕上げすることが知られている。これにより、リヤバンパの素地仕上げ部分に排気ガス成分の粒子が付着しても、汚れがあまり目立たず、見栄えが維持されることになる。
【０００５】
また、自動車用マフラーのマフラーのディフューザ部を小径化して、背圧（排気中にかかる排気ガス圧力）を高めることも知られている。これにより、排気ガスの排出流が前述した自動車の車体後端付近で発生する乱気流の影響を受けず、後方に向かって排出されることにより、排気ガス成分の粒子がリヤバンパに付着しない。
【０００６】
さらに、自動車用マフラー４のメインマフラー４ａの下面に、図１０に示すように、多数の突起、所謂ボルテックス・ジェネレータ７を形成したり、あるいは図１１に示すように、メインマフラー４ａに螺旋状にトリッピングワイヤー８を巻き付ける方法も知られている。
【０００７】
以上述べたような自動車のマフラー構造の他に、気流対策が施されたダクトやアンテナの従来例を示す。
【特許文献１】特開２００１−２８０３１１号公報
【特許文献２】特開平０４−１２４９０１号公報
【０００８】
特許文献１には、屈曲部内側の内面にディンプルを設けたダクトが開示されている。このような構成のダクトによれば、上記ディンプルが設けられていることによって、屈曲部での気流の剥離，圧力損失が抑制され、気流音が低減されるようになっている。
【０００９】
また、特許文献２には、アンテナ表面を粗面仕上げし、または表面に小さな窪みまたは突起を設けた自動車用アンテナが開示されている。このような構成の自動車用アンテナによれば、自動車の走行時にアンテナ表面を流れる空気流がアンテナ表面の粗面，窪みまたは突起によって小さな乱流を発生するので、アンテナの後端で発生する乱気流が低減されることになり、アンテナの空気抵抗，振動及び騒音の発生が低減される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、前述のようなリヤバンパの少なくとも一部領域に関して素地仕上げする場合、排気ガス成分の粒子の付着が抑制されるのではないことから、汚れの付着が見え難くなるだけで、実際には排気ガス成分の粒子が付着していることから、特に金属製バンパでは錆び水の付着を回避することができない。
他方、マフラーのディフューザ部を小径化する場合には、この小径化によってエンジンの排気効率が低下し、エンジン出力も低下すると共に、振動・騒音が発生し、また燃費が悪化する等のおそれがあることから、実際に採用することは困難である。
【００１１】
また、ボルテックス・ジェネレータ７又はトリッピングワイヤー８を使用する方法は、これらのボルテックス・ジェネレータ７やトリッピングワイヤー８が、メインマフラー４ａの下面から下方に突出することから、自動車の最低地上高が低下することになる。
従って、例えば起伏の激しい路面や急坂を走行中に、図１２に示すように、これらのボルテックス・ジェネレータ７やトリッピングワイヤー８が路面と干渉する可能性が高く、また、これらのボルテックス・ジェネレータ７やトリッピングワイヤー８が外部から見えてしまうため、見栄えが悪くなってしまう。
【００１２】
このため、最低地上高を確保するためには、メインマフラー４ａの形状を変更することが必要であるが、メインマフラー４ａの容積が変化することになり、場合によっては排気音が大きくなってしまう。
さらに、上記突起型ボルテックス・ジェネレータ７を後から既存のメインマフラー４ａの下面に取り付ける場合、部品点数が増加し、組み付け工程が増えることにより、生産コストが高くなると共に、突起が後方または側方から視認され得ることから、見栄えが低下してしまう。
【００１３】
これに対して、特許文献１によるダクトは、ダクト内を流れる気流に対して、屈曲部における気流剥離及び圧力損失を抑制して気流音を低減するものであって、本発明とは構成・目的が異なるものである。
また、特許文献２による自動車用アンテナは、アンテナ後方での乱気流の発生を抑制して、空気抵抗・騒音及び振動の発生を抑制するものであり、本発明とは構成・目的が異なるものである。
【００１４】
本発明は、以上の点に鑑み、自動車の車体後端付近で発生する乱気流による排気ガス成分のリヤバンパへの付着を低減するようにした、自動車のマフラー構造を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的は本発明によれば、自動車の車体後部下方に取り付けられる自動車用マフラーにおいて、メインマフラーが、その下面に多数の凹状のディンプルを有するボルテックス・ジェネレータを備えていることにより達成される。
【００１６】
本発明による自動車用マフラー構造は、好ましくは、上記ディンプルが、直径５．１５乃至７．２０ｍｍ，深さ０．４９乃至１．３２ｍｍ，間隔０．５３乃至１．３３ｍｍに選定されている。
【００１７】
本発明による自動車用マフラー構造は、好ましくは、上記メインマフラーが、その側面にも多数の凹状のディンプルを有している。
【００１８】
本発明による自動車用マフラー構造は、好ましくは、上記メインマフラーが、その上面にも多数の凹状のディンプルを有している。
【発明の効果】
【００１９】
上記構成によれば、メインマフラーの下面に、多数の凹状のディンプルから成るボルテックス・ジェネレータが備えられているので、自動車の走行時に、自動車用マフラーのメインマフラー下面に沿って流れる空気流は、このボルテックス・ジェネレータの形状に基づいて、意図的に小さな渦流を発生することになる。これにより、メインマフラーの下面後端付近では、乱流境界層が形成されることによって、摩擦抵抗が低減されるので、メインマフラー下面後端では、流速低下が低減されることになり、境界層剥離による乱流の発生が抑制される。
【００２０】
従って、マフラー排気口から後方に向かって排出される排出ガスは、自動車の車体後端で発生する乱気流に引き寄せられることなく、後方に排出されることになるので、排気ガス成分の粒子が乱気流によってリヤバンパに付着してしまうようなことがない。
このようにして、自動車用マフラーの後端の開口から排出される排気ガスが、自動車の車体後端で境界層剥離による乱気流に巻き込まれて、その成分の粒子がリヤバンパに付着しないので、リヤバンパのくすみや腐蝕等の発生が抑制され、リヤバンパの見栄えが向上する。
【００２１】
上記メインマフラーが、その側面または上面にも多数の凹状のディンプルを有している場合には、メインマフラーの側面または上面に沿って流れる空気流の意図的な小さな渦流が発生することにより、メインマフラーそして自動車用マフラー全体の反響特性そして排気音が変化することになり、メインマフラーの側面または上面に備えられるディンプルの大きさを適宜に調整することによって、所望の排気音にチューニングすることも可能である。
【００２２】
このようにして、本発明によれば、メインマフラー下面に多数の凹状のディンプルを形成することによって、メインマフラー下面に沿って流れる空気流の流速低下を抑制して、自動車の車体後端付近で発生する乱気流による排気ガス成分のリヤバンパへの付着を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図面に示した実施形態に基づいて、この発明を詳細に説明する。
図１は本発明による自動車用マフラー構造の一実施形態を示している。図１において、自動車用マフラー１０は、自動車の車体１１の後端下方に設けられており、メインマフラー１２を含んでいる。
【００２４】
メインマフラー１２は公知の構成であって例えば楕円形の断面を有しており、その下面１２ａが所定の最低地上高を満たすように形成され、車体１１に取り付けられている。
【００２５】
以上の構成は、図８に示した従来の自動車用マフラー４と同様の構成であるが、本発明による自動車用マフラー１０においては、図２に示すように、メインマフラー１２の下面１２ａに、多数の凹状のディンプル１３ａから成るボルテックス・ジェネレータ１３が形成されている点で異なる構成になっている。
【００２６】
ボルテックス・ジェネレータ１３の各ディンプル１３ａは、好ましくは、直径が５．１５乃至７．２０ｍｍ，深さが０．４９乃至１．３２ｍｍ，間隔が０．５３乃至１．３３ｍｍに選定されている。ここで、ディンプル１３ａの大きさは、以下のようにして最適化されるようになっている。
【００２７】
このようなディンプルの空気抵抗に関する研究は、例えばゴルフボール表面に設けられたディンプルについて詳細に行なわれており、ゴルフボールの飛行速度に対する空気抵抗係数は、図３に示すように、ディンプルの有無，そして寸法の違いによって、変化することが知られている。
特に図３において、ディンプル無しの場合は、符号Ｍで示すように、速度に関係なく、空気抵抗係数はほぼ一定であるが、ディンプルを有する場合には、符号Ｎで示すように、より高速でディンプルの効果によって空気抵抗係数が減少することが分かる。
【００２８】
ここで、時速１６０ｋｍ（４５ｍ／秒）で飛行する直径４．２６ｃｍのゴルフボールに関して、このゴルフボール周囲の空気の流れ状態（レイノルズ係数Ｒｅ）を以下の数式により算出すると、次のような結果が得られる。
【００２９】
Ｒｅ＝速度×直径÷動粘性係数（雰囲気温度２０℃）
＝４５ｍ／秒×０．０４２６ｍ÷（１５×１０-6）
＝１．２７８×１０5 
ここで、１５×１０-6は、雰囲気温度２０℃での動粘性係数値である。
【００３０】
これに対して、時速８０ｋｍ（２２．２２ｍ／秒）で走行する自動車を想定して、時速１６０ｋｍで飛行するゴルフボールと同等のレイノルズ数Ｒｅとなるように、以下の数式により長さχを算出する。
【００３１】
１．２７８×１０5 ＝２２．２２ｍ／秒×χ÷（１５×１０-6）
ここで、１５×１０-6は、雰囲気温度２０℃での動粘性係数値である。
χ＝０．０８７ｍ＝８．７ｃｍ
【００３２】
即ち、この長さχ＝８．７ｃｍは、ゴルフボールの直径の２．０４倍である。
従って、空気抵抗が少なく、よく飛ぶとされるゴルフボールのディンプルの間隔，直径，深さをすべて２．０４倍することにより、自動車の走行条件（時速８０ｋｍ）の走行条件とマッチングすることになる。
これにより、図４に示すような間隔ｂ，直径ｃ及び深さｋを有しているディンプルＡ〜Ｇについて、以下ディンプルの効果について検証する。なお、ディンプル無し及びディンプルＡ〜Ｃについては、既に図３に示されている。
【００３３】
ディンプルＣ〜Ｆを有するボルテックス・ジェネレータ１３をメインマフラー１２の下面に備えた場合、それぞれ自動車の走行速度と空気抵抗係数との関係が、図５に示されている。即ち図５において、ディンプル間隔ｂを０．５３乃至１．３３ｍｍ，直径を５．１５乃至７．２０ｍｍとすることにより、低速で乱流境界層を発生させ、走行速度の実用域（時速３０ｋｍ程度）から高速側で、ディンプルの効果が現われることが分かる。これは、メインマフラー１２の下面を流れる空気流が、実用域を越えると、層流から乱流に急激に遷移することによるものであると考えられる。
【００３４】
また、ディンプルＣ及びＧを有するボルテックス・ジェネレータ１３をメインマフラー１２の下面に備えた場合、それぞれ自動車の走行速度と空気抵抗係数との関係が、図６に示されている。即ち図６において、ディンプル１３ａの深さｋを０．６９ｍｍから１．３２ｍｍと深くすることにより、より低速から乱流を発生させることが可能になるが、中高速域では、空気抵抗係数がやや大きくなる。従って、本自動車用マフラー１０を搭載する自動車の種類、即ち車種や仕向地に対応して、低速重視か高速重視かに基づいて、ディンプル１３ａの深さｋを０．６乃至１．４ｍｍ程度の間でチューニングすればよい。
【００３５】
本発明の実施形態による自動車用マフラー１０は以上のように構成されており、メインマフラー１２の下面１２ａに、多数の凹状のディンプル１３ａから成るボルテックス・ジェネレータ１３が備えられていることにより、図７に示すように、自動車の走行時に、自動車用マフラー１０のメインマフラー１２の下面１２ａに沿って流れる空気流が、このボルテックス・ジェネレータ１３の形状に基づいて、意図的に小さな渦流１４を発生する。これにより、メインマフラー１２の下面１２ａ後端付近では、乱流境界層が形成されることによって、摩擦抵抗が低減される。従って、メインマフラー１２下面１２ａの後端では、流速低下が低減されることになり、境界層剥離による乱流の発生が抑制される。
【００３６】
従って、自動車用マフラー１０の排気口１２ｂから後方に向かってある程度の流速で排出される排出ガスは、自動車の車体後端で発生する乱気流に引き寄せられることなく、後方に排出されることになるので、排気ガス成分の粒子が乱気流によってリヤバンパに付着してしまうようなことがない。
このようにして、自動車用マフラー１０の後端の排気口１２ｂから排出される排気ガスが、自動車の車体後端で境界層剥離による乱気流に巻き込まれて、その成分の粒子がリヤバンパに付着しないので、リヤバンパのくすみや腐蝕等の発生が抑制され、リヤバンパの見栄えが向上する。
【００３７】
この場合、ボルテックス・ジェネレータ１３が凹状のディンプル１３ａにより構成されていることから、このボルテックス・ジェネレータ１３は、メインマフラー１２の下面１２ａから下方に突出することはない。従って、自動車の車体１１の最低地上高に影響を与えることはなく、例えば起伏の激しい路面や急坂を走行中に、メインマフラー１２の下面１２ａが路面と干渉する可能性も低く、またディンプル１３ａ自体が外部から見え難いことから、見栄えが損なわれるようなこともない。
【００３８】
また、自動車用マフラー１０の製造の際には、メインマフラー１２の材料である鉄板のプレス型に、ディンプル加工のための型を備えることにより、マフラーメーカーは、従来の平坦な鉄板と全く同様にメインマフラーを製造できるので、追加部品が必要なく、部品点数，組み付け工数及び重量の増加がなく、生産コストの上昇が抑制される。
【００３９】
さらに、ディンプル１３ａが形成されていることにより、メインマフラー１２の下面１２ａの表面積がやや増大することから、自動車の走行時に、メインマフラー１２がその下面１２ａに沿って流れる空気流によって効果的に冷却されるので、メインマフラー１２の温度が低下する。従って、排気ガスの温度も低下し、排気ガスによるリヤバンパへの溶損等の熱害の発生が抑制され、リヤバンパのデザインの自由度が大きくなる。
【００４０】
上述した実施形態においては、ボルテックス・ジェネレータ１３の各ディンプル１３ａは、メインマフラー１２の下面１２ａのみに設けられているが、これに限らず、メインマフラー１２の側面及び上面にディンプルが設けられていてもよい。これにより、メインマフラー１２の側面又は上面に沿って流れる空気流に、小さな渦流が発生することにより、メインマフラー１２そして自動車用マフラー１０全体の反響特性そして排気音が変化することになると共に、メインマフラー１２の側面または上面に備えられるディンプル１３ａの大きさ（間隔，直径，深さ）を適宜に調整することによって、所望の排気音にチューニングすることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明による自動車用マフラー構造の一実施形態を備えた自動車の全体構成を示す概略側面図である。
【図２】図１の自動車用マフラーにおけるメインマフラーの底面図である。
【図３】ディンプルによる速度と空気抵抗係数の関係を示すグラフである。
【図４】ディンプルの種々の間隔，直径及び深さを示す図である。
【図５】図４によるディンプルＣ乃至Ｆにおける車速と空気抵抗係数との関係を示すグラフである。
【図６】図４によるディンプルＣ及びＧにおける車速と空気抵抗係数との関係を示すグラフである。
【図７】図２のメインマフラーによる自動車の走行時における空気流を示す概略図である。
【図８】従来の自動車用マフラーの構成例と境界層剥離による乱流を示す概略側面図である。
【図９】図８のメインマフラーによる自動車の走行時における空気流を示す概略図である。
【図１０】従来の突起型ボルテックス・ジェネレータを備えたメインマフラーの構成例を示す概略側面図である。
【図１１】従来のトリッピングを備えたメインマフラーの構成例を示す概略側面図である。
【図１２】図１０によるメインマフラーの路面との干渉を示す説明図である。
【符号の説明】
【００４２】
１０    自動車用マフラー
１１    車体
１２    メインマフラー
１３    ボルテックス・ジェネレータ
１３ａ  ディンプル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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