(57)【要約】【課題】内燃機関の排気通路に配置される触媒等の排気浄化装置内の熱流れを少ない演算負荷で３次元的に解析することが可能な解析装置を提供する。【解決手段】触媒の入口におけるガスの流量分布と排気条件とを関連付けたマップを予め作成する。また、排気浄化装置を軸方向に並ぶ複数の円盤状セルに仮想的に分割し、各円盤状セルを中心の小片セルとそれを囲む複数の環状セルとに仮想的に分割し、さらに各環状セルをその周方向に複数の小片セルに仮想的に分割してなる触媒モデルを用意する。そして、排気条件を設定し、設定した排気条件に応じたガスの流量分布をマップから読みだし、読み出したガスの流量分布を境界条件として、各小片セルにおける熱発生或いは熱消費と隣接する小片セル間での熱収支とを上流から下流に向けて順次計算することによって触媒モデル内の熱分布を求める。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に配置される排気浄化装置内の熱流れの解析装置において、
前記排気浄化装置の入口におけるガスの流量分布と排気条件とを関連付けたマップと、
前記排気浄化装置を軸方向に並ぶ複数の円盤状セルに仮想的に分割し、各円盤状セルを中心の小片セルとそれを囲む複数の環状セルとに仮想的に分割し、さらに各環状セルをその周方向に複数の小片セルに仮想的に分割してなる計算モデルと、
排気条件を設定する排気条件設定手段と、
設定した排気条件に応じたガスの流量分布を前記マップから読みだし、読み出したガスの流量分布を境界条件として、各小片セルにおける熱発生或いは熱消費と隣接する小片セル間での熱収支とを上流から下流に向けて順次計算することによって前記計算モデル内の熱分布を求める演算手段と、
を備えることを特徴とする排気浄化装置内の熱流れの解析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気通路に配置される触媒やフィルター等の排気浄化装置内の熱流れの解析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特開平５−３０７５９０号公報に開示されているように、空間的に分布する物理量を解析する３次元解析装置が知られている。しかし、３次元解析はコンピュータにかかる演算負荷が大きいことから、軸対称なパイプ等における流れの解析には、軸方向の流れ分布のみを考慮する１次元流れモデルや、軸方向と半径方向の流れ分布を考慮する２次元流れモデルが用いられることが多い。演算負荷の少ない１次元流れモデルや２次元流れモデルは、内燃機関の排気通路におけるガスの流れの解析にも用いることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−３０７５９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、内燃機関の排気通路には触媒やフィルター等の排気浄化装置が配置されている。排気浄化装置内の熱の流れを解析する場合、その入口におけるガスの流量分布が境界条件として必要になる。しかし、排気浄化装置の入口のガスの流量分布は、コーン部の形状、総流量、温度、触媒の圧力損失等によって変わることから、１次元流れモデルや２次元流れモデルでは入口のガスの流量分布を正確に求めることができない。排気通路内のガスの流れを３次元的に解析するならば、排気浄化装置の入口のガスの流量分布も正確に計算することができるが、コンピュータには大きな演算負荷がかかってしまう。
【０００５】
また、排気浄化装置内の熱の流れ自体も３次元的な解析を要する。しかし、厳密な３次元解析を行ったのでは、コンピュータにかかる演算負荷は大きくなってしまう。
【０００６】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、内燃機関の排気通路に配置される排気浄化装置内の熱流れを少ない演算負荷で３次元的に解析することができる解析装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するため、第１の発明は、内燃機関の排気通路に配置される排気浄化装置内の熱流れの解析装置において、
前記排気浄化装置の入口におけるガスの流量分布と排気条件とを関連付けたマップと、
前記排気浄化装置を軸方向に並ぶ複数の円盤状セルに仮想的に分割し、各円盤状セルを中心の小片セルとそれを囲む複数の環状セルとに仮想的に分割し、さらに各環状セルをその周方向に複数の小片セルに仮想的に分割してなる計算モデルと、
排気条件を設定する排気条件設定手段と、
設定した排気条件に応じたガスの流量分布を前記マップから読みだし、読み出したガスの流量分布を境界条件として、各小片セルにおける熱発生或いは熱消費と隣接する小片セル間での熱収支とを上流から下流に向けて順次計算することによって前記計算モデル内の熱分布を求める演算手段と、
を備えることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
第１の発明によれば、内燃機関の排気条件によって変化する排気浄化装置内の熱流れを少ない演算負荷で３次元的に解析することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態としての触媒内の熱流れの解析装置の構成について説明するための説明図である。
【図２】本発明の実施の形態において用いられる触媒モデルについて説明するための図である。
【図３】本発明の実施の形態において用いられる、触媒入口におけるガスの流量分布と内燃機関の運転状態とを関連付けるマップについて説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の実施の形態について図１乃至図３の各図を参照して説明する。
【００１１】
図１は、本発明の実施の形態としての触媒内の熱流れの解析装置の構成について説明するための説明図である。この図に示すように、本実施の形態の解析装置は、２次元マップ群と触媒モデルとを使用して、内燃機関の排気通路に配置される触媒内の熱流れを解析する。なお、本実施の形態の解析装置はコンピュータとソフトウェアとからなり、以下に説明する解析装置の構成や機能はソフトウェアのプログラムがコンピュータで実行されるときに実現される。
【００１２】
触媒モデルは、内燃機関の排気通路に配置される触媒を複数のセルの集合体としてモデル化した計算モデルである。図１に示すように、触媒モデルは、触媒をその軸方向に並ぶ複数の円盤状セルに仮想的に分割し、さらに、各円盤状セルを中心の小片セルとそれを囲む複数の環状セルとに仮想的に分割し、さらに各環状セルをその周方向に複数の小片セルに仮想的に分割することによって形成されている。つまり、触媒モデルの最小単位が小片セル（以下、単にセルという）である。
【００１３】
図２は触媒モデルをその軸方向に見た場合の図である。図２に示す例では、中心のセルの外周にＮ個のセルを配置し、その外周に２＊Ｎ個、４＊Ｎ個、８＊Ｎ個・・・のセルを順次配置している。Ｎは自然数であれば限定はない。図２に示す例ではＮは４である。このようにセルを配置することによって、各セルをほぼ同じ大きさ（面積）に揃えることができ、また、後述するセル間の熱の収支の計算手順を簡便化することができる。
【００１４】
２次元マップ群は、触媒入口のガスの流量分布を内燃機関の排気条件に関連付けたマップの集合である。排気条件には、内燃機関から排出されるガスの総流量や温度、触媒の圧力損失等が含まれる。２次元マップは、排気条件を少しずつ変化させることで得られた実験結果や数値解析の結果に基づいて作成されている。
【００１５】
図３は２次元マップの作成手順について示す図である。まず、図３の（Ａ）に示すように、ある排気条件のもとでの触媒入口のガスの流量分布を実験や数値解析によって求める。次に、触媒モデルのセルの配置に合わせてメッシュが分割された２次元マップ（ブランク）を用意する。そして、図３の（Ｂ）に示すように、触媒入口のガスの流量分布を２次元マップに当てはめてメッシュ毎にガスの流量を設定する。このような手順で排気条件を少しずつ変化させながら２次元マップを作成していくことで、解析に必要な２次元マップ群が完成する。
【００１６】
触媒内の熱流れを解析する場合には、まず、解析を行いたい排気条件を設定する。そして、設定した排気条件に応じたガスの流量分布を２次元マップ群から読みだし、読み出したガスの流量分布を触媒モデルの境界条件として設定する。設定した排気条件のもとでのデータが存在しない場合には、２次元マップ群から補間計算によって算出する。そして、設定した境界条件を用いて触媒モデルによる計算を行う。詳しくは、各セルにおける熱発生或いは熱消費と隣接するセル間での熱収支とを上流から下流に向けて順次計算する。図２中には、セル間での熱の出入りを矢印によって模式的に示している。このような計算を実行することで触媒内の熱分布を求めることでき、その変化から触媒内の熱の流れを解析することができる。
【００１７】
以上述べたように、本実施の形態の解析装置によれば、内燃機関の排気条件によって変化する触媒内の熱流れを少ない演算負荷で３次元的に解析することができる。
【００１８】
なお、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば、上述の実施の形態では、触媒内の熱の流れを解析しているが、本発明は他の排気浄化装置、例えば、ＤＰＦ等のフィルター内の熱の流れの解析にも適用することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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