(57)【要約】【課題】車両の空気抵抗を低減するために振動を生じさせる空気抵抗低減装置において、振動発生のための電力消費を低減する。【解決手段】本開示の技術の一実施形態に係る空気抵抗低減装置１０は、車両の動力源からの廃熱を利用して振動を発生させるように構成された熱音響機関２０と、該熱音響機関により発生された振動を前記車両の外側の気流剥離抑制部位に供給するように構成された振動伝播部２２とを備える。【選択図】図２
2019127043.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の空気抵抗低減装置であって、
前記車両の動力源からの廃熱を利用して振動を発生させるように構成された熱音響機関と、
該熱音響機関により発生された振動を前記車両の外側の気流剥離抑制部位に供給するように構成された振動伝播部と
を備えた、空気抵抗低減装置。
【請求項２】
前記熱音響機関は、作動流体が封入された気柱管の内部に配置された蓄熱部と、該蓄熱部の一端側に設けられて前記動力源の排気ガスと熱交換するように構成されている高温熱交換器と、前記蓄熱部の他端側に設けられて冷熱源と熱交換するように構成されている低温熱交換器とを備える、請求項１に記載の空気抵抗低減装置。
【請求項３】
前記動力源は内燃機関であり、前記冷熱源は該内燃機関の冷却水である、請求項２に記載の空気抵抗低減装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、車両における空気抵抗を低減するための、空気抵抗低減装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両の空気抵抗が燃費性能、加速性能等に大きく関係することはよく知られている。そのような車両の空気抵抗を低減するべく、車体形状を改良したり、車両に空気抵抗を低減するための装置を備えたりすることが種々提案されている。
【０００３】
特許文献１は、乗用車の空気抵抗低減装置の一例を開示する。この空気抵抗低減装置では、滑面に形成されているカバーで覆った乗用車の下面において、車体前端から約５００ｍｍの位置よりも後方に（走行時に乱流境界層の生じる位置に）可動壁が設けられる。この可動壁は前述のカバーの凹部に当該カバーの表面と面一に収納される。そして、可動壁よりも内側に形成されたスリットと、更にそのスリットよりも内側に配置された加振機としてのスピーカとが設けられた状態で、そのスピーカが作動される（スピーカに発振させる）。これにより、特許文献１の空気抵抗低減装置では、可動壁の柔軟性、スリットの間隔や幅、及び加振機の発振周波数に応じた振動モード（周波数、振幅）で可動壁を振動させ、走行風の境界層の剥離点を後ろ側にずらし、車両の空気抵抗を低減しようとする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−１１８２７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、スピーカ（装置）では、一般に、その作動に電力が使用される。一方で、近年、車両の省エネルギーに対する要望が更に強くなってきている。
【０００６】
本開示の技術は、車両の空気抵抗を低減するために振動を生じさせる空気抵抗低減装置において、振動発生のための電力消費を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本開示の技術は、
車両の空気抵抗低減装置であって、
前記車両の動力源からの廃熱を利用して振動を発生させるように構成された熱音響機関と、
該熱音響機関により発生された振動を前記車両の外側の気流剥離抑制部位に供給するように構成された振動伝播部と
を備えた、空気抵抗低減装置
を提供する。
【０００８】
前記熱音響機関は、作動流体が封入された気柱管の内部に配置された蓄熱部と、該蓄熱部の一端側に設けられて前記動力源の排気ガスと熱交換するように構成されている高温熱交換器と、前記蓄熱部の他端側に設けられて冷熱源と熱交換するように構成されている低温熱交換器とを備えるとよい。
【０００９】
例えば、前記動力源は内燃機関であり、前記冷熱源は該内燃機関の冷却水であるとよい。
【発明の効果】
【００１０】
本開示の上記技術による空気抵抗低減装置によれば、上記構成を備えるので、例えば車載バッテリの電力を用いずに、動力源の廃熱を利用して熱音響機関により振動を発生させて、車両の外側の気流剥離抑制部位にその振動を供給することができ、よって車両の空気抵抗を低減することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本開示の技術の一実施形態に係る空気抵抗低減装置が搭載された車両の前方部分を表した図である。
【図２】図１の空気抵抗低減装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本開示の技術に係る実施形態を添付図に基づいて説明する。同一の部品（又は構成）には同一の符号を付してあり、それらの名称及び機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。
【００１３】
図１に、本開示の技術の一実施形態に係る空気抵抗低減装置１０が適用された車両としてのトラック１２の前方部分を示し、図２にその空気抵抗低減装置１０の概略構成を示す。
【００１４】
本実施形態では、トラック１２の前方下部に関して、空気抵抗低減装置１０が適用されている。空気抵抗低減装置１０は後で詳しく述べるように発生させた振動を外部に伝えるための開口部１４を複数備える。開口部１４は、発生させた振動をトラック１２の所定の部位に伝えるように（供給するように）構成された振動伝播部の車両外部側の端部に設けられている。所定の部位は、トラック１２の走行時にその車体表面に沿って流れる走行風（気流）の車体表面からの剥離を抑制することが望まれる箇所であり、以下では気流剥離抑制部位と称し得る。ここでは、気流剥離抑制部位は、（衝撃等を和らげるための緩衝装置である）バンパー１２ａの下側から車体下面側の領域である。したがって、これらの開口部１４はトラック１２の前方のバンパー１２ａの下側に車幅方向に並ぶように設けられている。なお、開口部１４が設けられる箇所は、バンパー１２ａの下側に限定されず、種々の気流剥離抑制部位であり得る。気流剥離抑制部位として、車体周囲に流れる走行風（気流）が剥離し易い箇所又はその周囲を定めることができる。ただし、気流剥離抑制部位は実験により定められるとよい。例えば、フロントピラー（Ａピラー）１２ｂ、サイドミラー１２ｃの保持部、キャブ（運転台、車室）の上壁部１２ｄ、キャブ後方の架装物（荷台）前側の上端部１２ｅに、開口部１４が設けられてもよい。なお、開口部１４はここではスリットであるが、これは開口部の形状を限定するものではない。また、開口部１４の数は複数であることに限定されず、１つであってもよい。前述の振動伝播部に関しても、振動を発生させる機関（装置）と同様に、以下で説明する。
【００１５】
空気抵抗低減装置１０は、図２に示すように、熱音響機関（熱音響エンジン）２０と、振動伝播部２２とを備える。熱音響機関２０は、トラック１２の動力源からの廃熱を利用して、振動を発生させるように構成されている。そして、振動伝播部２２は、熱音響機関２０で発生させた振動を上記開口部１４を介してトラック１２の外側の気流剥離抑制部位に伝えることができるように構成されている。以下では、まず、熱音響機関２０について説明する。
【００１６】
熱音響機関２０は、トラック１２の動力源である内燃機関（以下、エンジン）２４の廃熱を利用するように構成されている。ここでは、エンジン２４はでディーゼルエンジンであるが、種々の構成のエンジンであり得、例えばガソリンエンジンであってもよい。熱音響機関２０の適用対象であるエンジン２４は、燃焼室２６の内部で燃料及び空気の混合気を燃焼させ、シリンダブロック２８の気筒２８ａ内でピストン３０を往復移動させて動力を発生するものである。燃焼室２６の吸気ポートは、吸気マニホールド３２に接続され、燃焼室２６の排気ポートは、排気マニホールド３４に接続されている。また、エンジン２４のシリンダヘッドには、吸気ポートを開閉する吸気弁Ｖｉ、排気ポートを開閉する排気弁Ｖｅ、燃料噴射弁３６が燃焼室２６ごとに配設されている。吸気マニホールド３２は、吸気管３８に接続されており、吸気管３８は、エアクリーナ４０を介して空気取入口(不図示)に接続されている。更に、エアクリーナ４０の下流側には、スロットルバルブ４２が組み込まれている。一方、排気マニホールド３４は、排気管４４に接続されている。排気管４４には、排気浄化装置４６が組み込まれている。なお、図２では、排気浄化装置４６の下流側の排気管の一部を、符号「４８」を付して表している。
【００１７】
熱音響機関２０は、このエンジン２４の排気ガスの熱つまり廃熱を回収するように構成されている。熱音響機関２０は、ステンレス等の金属材料により所定断面（ここでは円形断面）を有するように形成された気柱管５０を有する。気柱管５０の内部には、作動流体が封入されている。作動流体としては、例えば窒素、ヘリウム、アルゴン、ヘリウム 及びアルゴンの混合ガスが用いられ得、好ましくは不活性ガスが用いられ得る。気柱管５０は、図２に示されるように、ループ状に形成されたループ部５２と、ループ部５２の１つのコーナ部に接続された共鳴部５４とを含む。共鳴部５４は、共鳴器として機能するように構成されている。具体的には、共鳴部５４は、ループ部５２と概ね同径の円形断面を有する管部５４ａと、管部５４ａの先端に接続された閉鎖端部５４ｂとを備える。閉鎖端部５４ｂは、管部５４ａの先端から閉鎖端に向かうにつれて徐々に径が広がるように構成されている。閉鎖端部５４ｂの先端（閉鎖端）には、音波のエネルギ（音響エネルギ）で振動する膜部材５６が設けられている。
【００１８】
気柱管５０のループ部５２の内部には、蓄熱器（蓄熱部）５８が配置されている。蓄熱器５８は、ループ部５２の配置箇所における気柱管５０の軸方向と平行に延びる複数の流路５８ａを有するように形成されている。つまり、各流路５８ａは、ループ部５２の内部における作動流体の流れ方向に沿った作動流体の流路であり、ループ部５２の断面積に対してかなり小さな断面積を有する。ここでは、蓄熱器５８は、作動流体が流通可能な内径の微細な管を束状にしたスタックとして構成されている。蓄熱器５８は、種々の構成を有するように形成されることができ、例えばセラミック等で構成されるハニカム構造体、ステンレスや銅等で構成される薄いメッシュを微小間隔で配列したもの、ステンレス等の金属製繊維を集合させた不織布等を用いた構成とすることができる。
【００１９】
蓄熱器５８の一端側（図２における下端側）には、高温熱交換器６０がそれに隣接して配置されている。蓄熱器５８の他端側（図２における上端側）には、低温熱交換器６２がそれに隣接して配置されている。すなわち、蓄熱器５８は、高温熱交換器６０と低温熱交換器６２との間に挟まれた状態で配置されている。これらの蓄熱器５８、高温熱交換器６０及び低温熱交換器６２は、発振手段を構成する。
【００２０】
高温熱交換器６０における伝熱管６０ａには、エンジン２４の排気管４４を流通する排気ガスが供給される。高温熱交換器６０は、エンジン２４の排気ガスを熱源とし、その排気ガスと熱交換するように構成されている。本実施形態においては、高温熱交換器６０は、排気浄化装置４６の下流側の排気ガスが導かれるように構成されている。しかし、高温熱交換器６０は、更に上流側の排気ガスや、排気浄化装置４６が複数の排気浄化部から構成される場合にはそれらの間の排気ガスが導かれるように構成されてもよい。高温熱交換器６０は、排気ガスと直接的に熱交換する構成を有することに限定されず、例えば、排気ガスから熱を受けた排気浄化装置４６と熱交換するように構成されてもよい。なお、高温熱交換器６０で熱交換された排気ガスは、排気浄化装置４６の下流側の排気管部分４８を介して排出される。
【００２１】
低温熱交換器６２の伝熱管６２ａは、エンジン２４の冷却水系統（不図示）に組み込まれている。低温熱交換器６２は、冷却水系統を流通する冷却水を熱源（冷熱源）とし、その冷却水と熱交換するように構成されている。冷却水系統には、低温熱交換器６２に対する冷却水の供給を停止することができるように、制御弁等が設けられてもよい。なお、冷熱源はエンジンの冷却水であることに限定されず、例えば、トラック１２にモータジェネレータが設けられている場合には、そのモータジェネレータの冷却水であってもよい。
【００２２】
上記構成を備える熱音響機関２０は、上記構成を備えるので、作動流体が流通可能な蓄熱器５８において、その両端部の間で温度差を生じさせることができる。したがって、その温度差に応じた作動流体の熱音響自励振動により、熱音響機関２０は、気柱管５０内に封入された作動流体に振動を生じさせることができる。
【００２３】
このように、エンジン２４の始動後には、熱音響機関２０で振動を生じさせることができる。そして、蓄熱器５８にて発生する作動流体の自励振動（音波）の周波数と共鳴部５４における共振周波数とが一致することにより、共鳴部５４内には定在波が形成される。また、ループ部５２内には、低温熱交換器６２から高温熱交換器６０へと進行する進行波が形成される。そして、共鳴部５４内に形成される定在波により、閉鎖端部５４ｂに配置された膜部材５６が加振される。なお、膜部材５６はここでは金属製であるが、他の材料から構成されてもよい。
【００２４】
こうして熱音響機関２０により生み出された振動は、膜部材５６に伝えられ、（熱音響機関２０により発生された振動をトラック１２の外側に伝えられるように構成された）振動伝播部２２を介して、車外に供給される。振動伝播部２２は、膜部材５６と、上記開口部１４を先端に備える伝播管７２とを備える。伝播管７２は、膜部材５６の振動を（空気振動に変えて）好適に開口部１４を介して車外に伝えることを可能にするように、実験等に基づいて設計されている。例えば、伝播管７２は、共鳴器（共鳴ボックス）として構成されるとよい。なお、膜部材５６と開口部１４の距離を短くし、伝播管７２を実質的に省くような構成を、振動伝播部２２は備えてもよい。
【００２５】
上記構成を備える空気抵抗低減装置１０によれば、エンジン２４の廃熱（排気ガスの熱）を利用して熱音響機関２０で振動を発生させることができる。このように、車載バッテリ等の電力を特段用いることなく、空気抵抗低減装置１０では、振動を生じさせることができる。特に、空気抵抗低減装置１０ではエネルギー源としてエンジン２４の廃熱を利用するので、省エネルギーの点で非常に優れる。そして、空気抵抗低減装置１０では、そのように生じさせた振動を振動伝播部２２を介して車外の気流剥離抑制部位に供給できるので、トラック１２の走行時の空気抵抗を好適に低減することができる。例えば、振動により車体表面に僅かな乱流を生じさせ、その乱流により気流が層流として剥離するのを抑制することが可能になり、よって空気抵抗を低減することが可能になる。
【００２６】
以上、本開示の技術に係る実施形態を説明したが、熱音響機関２０は上記構成以外の構成を備えてもよく、また、振動伝播部２２は上記構成以外の構成を備えてもよい。例えば、熱音響機関２０は、１つの発振手段（蓄熱器５８、高温熱交換器６０及び低温熱交換器６２）を備えたが、複数の発振手段を備えてもよい。複数の発振手段を備えることで、熱音響機関２０でより強い振動を生じさせることができる。更に、熱音響機関の形状はシングルループでもダブルループでもよい。また、振動伝播部２２は膜部材５６以外の振動伝播部材を用いることができ、更に振動増幅器を備えることも可能である。ただし、振動増幅器を備える場合、それによるエネルギー消費と、空気抵抗低減効果による省エネルギーとのバランスから、振動増幅器の設計又は選択がなされるとよい。なお、振動増幅器を備える場合、車両に搭載された電子制御ユニット（不図示）によりその作動が制御されるとよい。
【００２７】
なお、本開示は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜に変形して実施することができる。例えば、動力源は、エンジンであることに限定されず、燃料電池システムであってもよい。動力源が燃料電池システムである場合、燃料電池が排出する水蒸気（水）等の熱つまり廃熱が熱音響機関で利用され得る。また、本開示の技術が適用される車両はトラックに限定されず、本開示の技術は種々の車両に適用され得る。
【符号の説明】
【００２８】
１０  空気抵抗低減装置
１２  トラック（車両）
１４  開口部
２０  熱音響機関
２２  振動伝播部
２４  エンジン
５０  気柱管
５２  ループ部
５４  共鳴部
５６  膜部材
５８  蓄熱器
６０  高温熱交換器
６２  低温熱交換器
【図１】
2019127043.tif 000003
【図２】
2019127043.tif 000004