(57)【要約】【課題】本発明の少なくとも一つの実施形態は、排気管の内壁面に堆積するスート（煤）が伝熱に与える影響を考慮して精度良い排気管の表面温度の推定が可能であり、しかも簡単で低計算コストで推定可能な車両の排気管温度推定装置を提供することを目的とする。【解決手段】排気管の内部空間を有限個の解析要素に分割する解析用データ作成部２３と、解析要素の各要素における流速から、各解析要素間の速度勾配を算出する速度勾配算出部２９と、排気管の内壁面から排気管内側への所定距離の範囲内における速度勾配が所定速度以下の領域を煤堆積領域として抽出する煤堆積領域算出部３１と、煤堆積領域算出部によって算出された領域の排気管内壁面に、熱抵抗を付与する熱抵抗算出部３３と、煤堆積領域においては排気管の内部を流れる排気ガスの温度及び熱抵抗を基に排気管の表面温度を算出する表面温度算出部３５と、を備えることを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載される内燃機関に接続された排気管の表面温度を推定する車両の排気管温度推定装置において、
前記排気管の内部の排気流速及び排気温度を解析するために前記排気管の内部空間を有限個の要素に分割して解析要素を作成する解析要素作成部と、
前記解析要素の各要素における流速から、各解析要素間の速度勾配を算出する速度勾配算出部と、
前記排気管の内壁面から排気管内側への所定距離の範囲内における前記速度勾配が所定速度以下の領域を煤堆積領域として抽出する煤堆積領域算出部と、
前記煤堆積領域算出部によって算出された領域の排気管内壁面に、熱抵抗を付与する熱抵抗算出部と、
前記排気管の内部を流れる排気ガスの温度から前記排気管の表面温度を算出する表面温度算出部と、を備え、
前記表面温度算出部は、前記煤堆積領域の前記排気管の表面温度を、前記熱抵抗を加味して算出することを特徴とする車両の排気管温度推定装置。
【請求項２】
前記表面温度算出部は、煤堆積領域以外の領域においては、前記熱抵抗を加えずに前記排気管の内部を流れる排気ガスの温度から前記排気管の内壁面温度を算出し、該内壁面温度から前記排気管の表面温度を算出することを特徴とする請求項１に記載の車両の排気管温度推定装置。
【請求項３】
前記熱抵抗算出部によって付与する前記熱抵抗は、前記解析要素作成部によって作成された各表面要素の中心位置の座標に対応して付与され、前記熱抵抗算出部は、前記座標と前記熱抵抗とが対応した関係で設定された熱抵抗マップを有することを特徴とする請求項１または２に記載の車両の排気管温度推定装置。
【請求項４】
前記熱抵抗算出部によって算出される前記熱抵抗（Ｒ）は、煤の厚み（ｄ）を煤の熱伝導率（λ）で除算して設定されることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の車両の排気管温度推定装置。
【請求項５】
前記煤の厚みは、排気管の場所によって任意の厚みに設定されて算出されることを特徴とする請求項４に記載の車両の排気管温度推定装置。
【請求項６】
前記解析要素に基づいて排気流速を解析する排気流速解析部と、前記解析要素に基づいて排気温度を解析する排気温度解析部とを備え、
前記排気流速解析部及び前記排気温度解析部の入力条件は、一定負荷条件における前記内燃機関から排出される排出直後の排気ガスの質量流量及び排気ガスの温度であることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の車両の排気管温度推定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、車両に搭載される内燃機関に接続される排気管の表面温度を推定する車両の排気管温度推定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両に搭載される内燃機関の排気管の周辺には、排気系部品が配置されるとともに車体を構成する板金部材が配置される。このため、排気管を熱源とする輻射熱から排気系部品や車体構成の板金部材を保護するために、排気系部品や車体構成部材の適正なレイアウト、さらには耐熱対策や遮熱対策を施す必要がある。
【０００３】
しかし、熱源となる排気管の表面温度を正確に把握しないと適切な対策効果が得られない、また、実車両を用いて試験によって排気管の表面温度を計測する場合には、試験のための時間及び労力を要し迅速な車両開発を行うことができない。
【０００４】
そこで、特許文献１（特開２００８−２４３０６３号公報）には、熱源周辺の温度分布を把握した上で、部品の耐熱温度や耐熱対策に適正な部品レイアウトを実施することができる設計支援システムについて開示されている。
この設計支援システムは、排気管周辺の車体モデルデータを作成し、排気管表面温度及びインシュレータの有無を設定し、排気管との距離に応じた排気管周辺の雰囲気温度を算出し、雰囲気温度に基づいて排気管周辺の部品と共に、当該排気管周辺の温度分布を等温度線により表示することによって行われることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２４３０６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述のように熱源となる排気管の表面温度を正確に把握することは排気系部品や車体構成部材の適正なレイアウト、さらには耐熱対策や遮熱対策を施す上で重要である。
排気管の表面温度は、排気管内を流動する排気ガスの温度に依存して変化するとともに、また、排気管の内壁面にはスート（煤）が堆積しており、このスートは排気管内部の伝熱に影響を及ぼし、スートが堆積すると熱抵抗によって排気ガスから排気管表面に伝熱し難くなるので、精度良い排気管表面温度を算出するには、このスートの堆積による影響を考慮した排気管の表面温度の算出が必要である。しかし、解析上でこのスートの堆積を模擬するには、膨大な計算コストを要する。
【０００７】
そこで、上記技術的課題に鑑み、本発明の少なくとも一つの実施形態は、排気管の内壁面に堆積するスート（煤）が伝熱に与える影響を考慮して精度良い排気管の表面温度の推定が可能であり、しかも簡単で低計算コストで推定可能な車両の排気管温度推定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】
【０００８】
本発明は、前述したような従来技術における課題を達成するためになされたものであり、本発明の少なくとも一つの実施形態は、車両に搭載される内燃機関に接続された排気管の表面温度を推定する車両の排気管温度推定装置において、
前記排気管の内部の排気流速及び排気温度を解析するために前記排気管の内部空間を有限個の要素に分割して解析要素を作成する解析要素作成部と、前記解析要素の各要素における流速から、各解析要素間の速度勾配を算出する速度勾配算出部と、前記排気管の内壁面から排気管内側への所定距離の範囲内における前記速度勾配が所定速度以下の領域を煤堆積領域として抽出する煤堆積領域算出部と、前記煤堆積領域算出部によって算出された領域の排気管内壁面に、熱抵抗を付与する熱抵抗算出部と、前記排気管の内部を流れる排気ガスの温度から前記排気管の表面温度を算出する表面温度算出部と、を備え、前記表面温度算出部は、前記煤堆積領域の前記排気管の表面温度を、前記熱抵抗を加味して算出することを特徴とする。
【０００９】
このように構成することによって、排気管の表面温度を、各解析要素間の排気流速の速度勾配を基に煤堆積領域を推定して、その煤堆積領域の排気管内壁面に熱抵抗を与えることで、簡単な手段によって排気管の内壁面に堆積する煤が伝熱に与える影響を考慮した排気管表面温度を算出することができる。
その結果、簡単で低計算コストで、精度良く排気管の表面温度を推定することが可能である。すなわち、有限要素法及び有限体積法による解析上でこの煤堆積を模擬するには、膨大な計算コストを要するのに対して、速度勾配によって煤堆積領域を算出するので、計算コストの低減化が可能になる。
【００１０】
また、幾つかの実施形態では、前記表面温度算出部は、煤堆積領域以外の領域においては、前記熱抵抗を加えずに前記排気管の内部を流れる排気ガスの温度から前記排気管の内壁面温度を算出し、該内壁面温度から前記排気管の表面温度を算出することを特徴とする。
【００１１】
このように構成することによって、煤堆積領域以外の領域においては、煤の影響を考慮せずに排気管の内壁面に与えられる排気熱を算出して、それを基に排気管の表面温度を算出するので、簡単かつ迅速に排気管の表面温度を算出できる。すなわち、有限要素法及び有限体積法による解析上でこの煤堆積を模擬する必要がないため、簡単かつ迅速に排気管の表面温度を算出できる。
【００１２】
また、幾つかの実施形態では、前記熱抵抗算出部によって付与する前記熱抵抗は、前記解析要素作成部によって作成された各表面要素の中心位置の座標に対応して付与され、前記熱抵抗算出部は、前記座標と前記熱抵抗とが対応した関係で設定された熱抵抗マップを有することを特徴とする。
【００１３】
このように構成することによって、熱抵抗マップを用いて熱抵抗を付与するので、煤堆積領域の排気管内壁面に対しての熱抵抗を簡単かつ迅速に付与することができる。
【００１４】
また、幾つかの実施形態では、前記熱抵抗算出部によって算出される前記熱抵抗（Ｒ）は、煤の厚み（ｄ）を煤の熱伝導率（λ）で除算して設定されることを特徴とする。
【００１５】
このように構成することによって、熱抵抗（Ｒ）は、熱抵抗（Ｒ）＝煤の厚み（ｄ）／煤の熱伝導率（λ）より算出できる。煤の熱伝導率（λ）は、０．０３８〜０．０５５（Ｗ／（ｍ・Ｋ））である。
【００１６】
また、幾つかの実施形態では、前記煤の厚みは、排気管の場所によって任意の厚みに設定されて算出されることを特徴とする。
【００１７】
このように構成することによって、煤の厚みは、算出しようとする排気管の場所に応じて任意の値に設定できるので、予め試験によってまたはシミュレーション計算によってまたは推定装置のオペレータの経験則によって、排気管の特定の場所に、即ち、排気管の上下左右への湾曲状態に応じて、流れがよどみやすく煤が溜まりやすい位置や溜まり難い位置に、適切な厚みを設定することによって、より精度良く排気管の表面温度を推定できる。
【００１８】
また、幾つかの実施形態では、前記解析要素に基づいて排気流速を解析する排気流速解析部と、前記解析要素に基づいて排気温度を解析する排気温度解析部とを備え、
前記排気流速解析部及び前記排気温度解析部の入力条件は、一定負荷条件における前記内燃機関から排出される排出直後の排気ガスの質量流量及び排気ガスの温度であることを特徴とする。
【００１９】
このように構成することによって、予め試験によってまたはシミュレーション計算によって、一定の負荷状態における内燃機関から排出される排出直後の排気ガスの質量流量及び排気ガス温度を求めて、該値を排気管の入口部の境界条件として入力することで、排気管の入口部から出口部に亘る排気管の長手方向における排気管の表面温度を算出することが可能になる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の一実施形態によれば、排気管の内壁面に堆積するスート（煤）が伝熱に与える影響を考慮して精度良い排気管の表面温度の推定が可能であり、しかも簡単で低計算コストで達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態に係る排気管温度推定装置を用いて排気管表面の温度を推定する排気管の概略を示す説明図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る排気管温度推定装置の構成を示す構成ブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る排気管温度推定装置の推定手順を示すフローチャートである。
【図４】本発明の一実施形態に係る排気管温度推定装置の解析要素作成部による解析要素のイメージを示す説明図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る排気管温度推定措置の境界条件を説明する説明図であり、（Ａ）は排気ガス質量流量であり、（Ｂ）は排気ガス温度である。
【図６】本発明の一実施形態に係る排気管温度推定措置の速度勾配算出部における速度勾配算出の説明図であり、（Ａ）は排気管の内部の座標例を示し、（Ｂ）はＺ方向流速における速度勾配の説明図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る排気管温度推定措置の煤堆積領域算出部においた抽出された煤堆積領域を示す説明図であり、（Ａ）は側面視のイメージを示し、（Ｂ）は下面視のイメージを示す。
【図８】本発明の一実施形態に係る排気管温度推定措置の煤堆積領域の抽出方法と煤堆積領域における排気管表面温度の推定方法を示すイメージ図である。（Ａ）は排気管内壁面の煤の状態を示し、（Ｂ）は速度勾配の算出を示し、（Ｃ）は煤堆積領域の算出を示し、（Ｄ）は煤堆積領域の排気管内壁面への熱抵抗の付加及び排気管内壁面温度の算出を示し、（Ｅ）は排気管外壁面（表面）温度の算出を示す。
【図９】本発明の一実施形態に係る排気管温度推定措置の熱抵抗マップの説明図である。
【図１０】本発明の一実施形態に係る排気管温度推定措置によって推定された排気管表面温度の推定結果を示すイメージ図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいてより詳細に説明する。
ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれらに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００２３】
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
【００２４】
図１に本発明の一実施形態に係る排気管温度推定装置１を用いて表面温度を推定する排気管３の全体構成を示す。
排気管３は、内燃機関５の図示しないシリンダヘッドに連結されて、各気筒からの排気ガスを排出する排気枝管７からなる排気マニホールド９を有し、本実施形態では４気筒の内燃機関５を示している。なお、内燃機関５は、ディーゼル機関であってもガソリン機関であってもよく、特に限定されるものではない。
【００２５】
排気枝管７が集合し、その集合部分の直下流に第１排気浄化触媒１１が配置され、その下流側に第１排気管１３が設けられ、その第１排気管１３の下流端部に第２排気浄化触媒１５が配置され、その第２排気浄化触媒１５の下流側に第２排気管１７が設けられている。さらに、第２排気管１７の下流端部には排気マフラ１９が配置されている。
以上のように排気管３は、主に排気枝管７からなる排気マニホールド９、第１排気管１３、及び第２排気管１７を備えて構成されている。
【００２６】
排気管３の第１排気管１３や第２排気管１７の表面温度を推定する排気管温度推定装置１について説明する。
図２に示すように、排気管温度推定装置１は、主に、ＣＡＤデータ入手部２１、解析用データ作成部（解析要素作成部）２３、境界条件設定部２５、解析部２７、速度勾配算出部２９、煤堆積領域算出部３１、熱抵抗算出部３３、表面温度算出部３５、解析結果出力部３７を備えて構成されている。
次にこれらの各構成部について説明する。
【００２７】
ＣＡＤデータ入手部２１は、ＣＡＤ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ａｉｄｅｄ  Ｄｅｓｉｇｎ）を用いて排気管３を設計した際の第１排気管１３や第２排気管１７のＣＡＤデータ（設計データ）３９を入手する。すなわち排気管形状についての設計データを入手する。
【００２８】
解析用データ作成部（解析要素作成部）２３は、図４に示すように、ＣＡＤデータ入手部２１で入手した排気管３の設計データを基に、第１排気管１３や第２排気管１７の内部空間を、メッシュ状にして有限個の解析要素に分割する。そして排気流速及び排気温度を解析する解析要素を作成する。
【００２９】
境界条件設定部２５は、有限個の解析要素に分割して解析を行おうとする排気管３の入口端における境界条件である。
例えば、排気管３全体として解析を行う場合には、内燃機関５から排出された直下流側における排気ガス質量流量及び排気ガス温度が入口端における境界条件である。また、第１排気管１３の部分だけの解析を行う場合には、第１排気浄化触媒１１の直下流側における排気ガス質量流量及び排気ガス温度が入口端における境界条件である。また、第２排気管１７の部分だけの解析を行う場合には、第２排気浄化触媒１５の直下流側における排気ガス質量流量及び排気ガス温度が入口端における境界条件である。この境界条件は、入力条件データ４１として境界条件設定部２５入力される。入力条件データ４１は、予め算出された設計値、または試験によって検出した値を基に設定される。
【００３０】
本実施形態の場合には、入力条件データ４１は、車両がある一定車速で一定勾配の登坂路を登坂走行する際に内燃機関５からの排気ガスであって、内燃機関５から排出された直下流側、または、第１排気浄化触媒１１の直下流側、または第２排気浄化触媒１５の直下流側における排気ガス質量流量及び排気ガス温度のデータが入力条件データとして境界条件設定部２５に入力される。
【００３１】
図５（Ａ）に示す排気ガス質量流量の概念図のように、内燃機関５から排出される排気ガス質量流量は、１燃焼サイクルの間（クランク角度０〜７２０度の間）に排出される排気ガスの質量流量を基に、クランク角度０〜７２０度の間の平均値もしくはクランク角度０〜７２０度における変化値が境界条件として設定される。
また、図５（Ｂ）に示す排気ガス温度の概念図のように、内燃機関５から排出される排気ガス温度は、１燃焼サイクルの間（クランク角度０〜７２０度の間）に排出される排気ガスの温度を基に、クランク角度０〜７２０度の間の平均温度もしくはクランク角度０〜７２０度における変化値が境界条件として設定される。
【００３２】
解析部２７は、流体解析の一般的な手法として知られている有限要素法及び有限体積法による各要素の流速、及び各要素の温度を算出する。すなわち、解析部２７には、解析要素に基づいて排気流速を解析する排気流速解析部４３と、解析要素に基づいて排気温度を解析する排気温度解析部４５とを備えている。
そして、排気流速解析部４３及び排気温度解析部４５では、上記境界条件を基に解析要素の流速、及び解析要素の温度を算出する。
【００３３】
速度勾配算出部２９は、解析部２７の排気流速解析部４３によって算出される解析要素の各要素における速度から、各解析要素間の速度勾配を算出する。
図６（Ａ）は排気管３内の座標例を示し、排気管３の長手方向をＸ軸方向とし、排気管３の径方向をＹ、Ｚ軸方向としている。図６（Ｂ）はＺ軸方向の流速における速度勾配の説明図である。
【００３４】
図６（Ｂ）で示すように、解析要素の各要素における中心点（ｊ、ｊ＋１）を計算点とし、壁面をＷ＝０とし、計算点におけるＺ方向流速Ｗを、一例として２点鎖線の矢印の長さ（ベクトル）で表したとすると、速度勾配ｄｗ／ｄｒは、隣り合う計算点における速度差÷計算点距離で算出される。
【００３５】
煤堆積領域算出部３１は、排気管３の内壁面から排気管内側への所定距離の範囲内における速度勾配が所定速度以下の領域を煤堆積領域として抽出する。ここで、所定の距離は、任意の距離であり、排気管３の径や曲率等により変わるため、厳密な値は試験による測定によって取得して設定する。
【００３６】
また、所定速度とは、煤が堆積されていると判定できる流速の速度勾配であり、試験やシミュレーション計算の結果を基に設定する。
このように、排気管３の内壁面から排気管内側への所定距離の範囲内における速度勾配が所定速度以下の領域を煤堆積領域として抽出するので、速度勾配を用いて簡単に煤堆積領域を抽出することができる。
【００３７】
図７に、煤堆積領域算出部３１において抽出された煤堆積領域を示す説明図であり、（Ａ）は側面視のイメージ図を示し、（Ｂ）は下面視のイメージ図を示す。すなわち、図７（Ａ）、（Ｂ）において、濃い部分に多くの煤が堆積していることを示している。
【００３８】
熱抵抗算出部３３は、煤堆積領域算出部３１によって算出された堆積領域の排気管内壁面に、熱抵抗Ｒを付与する部分である。
この熱抵抗Ｒは、煤の厚みｄを煤の熱伝導率λで除算して算出される。すなわち、熱抵抗Ｒは、熱抵抗Ｒ＝煤の厚みｄ／煤の熱伝導率λより算出できる。煤の熱伝導率λは、０．０３８〜０．０５５（Ｗ／（ｍ・Ｋ））である。
【００３９】
また、煤の厚みｄは、排気管３の場所によって任意の厚みに変更して設定できる。このように、煤の厚みｄは、算出しようとする排気管３の場所に応じて任意の値に設定できるので、予め試験によってまたはシミュレーション計算によってまたは推定装置のオペレータの経験則によって、排気管の特定の場所に、即ち、排気管の上下左右への湾曲状態に応じて、流れがよどみやすく煤が溜まりやすい位置や溜まり難い位置に、適切な厚みの設定ができ、精度良く排気管３の表面温度を推定できるようになる。
【００４０】
さらに、熱抵抗算出部３３によって付与する熱抵抗は、解析用データ作成部２３によって作成された各解析要素の表面要素の中心位置の座標に対応して付与されるようになっている。すなわち、熱抵抗算出部３３は、各解析要素のうちの表面要素、すなわち、排気管内壁面３ａに接する部分に位置する各表面要素の中心点位置の座標と熱抵抗とが対応した熱抵抗マップ４７を有している。図９に熱抵抗マップ４７の一例を示す。
この熱抵抗マップ４７を有することで、各表面要素の中心位置の座標に対応してその解析要素毎の熱抵抗値を簡単かつ迅速に付与できる。
【００４１】
表面温度算出部３５は、排気管３の内部を流れる排気ガスの温度から排気管３の表面温度を算出する部分である。
この表面温度算出部３５は、煤堆積領域算出部３１によって算出された煤堆積領域における排気管３の表面温度については、熱抵抗算出部３３によって算出し熱抵抗を加味して、すなわち反映して算出し、煤堆積領域以外の領域における排気管３の表面温度は、煤堆積層が存在しないため、熱抵抗は考慮せずに算出する。
【００４２】
図８に、煤堆積領域の抽出方法と表面温度算出部３５による煤堆積領域における排気管表面温度の推定方法の概要を示す。一例として二次元の解析要素Ｋのイメージを示す。
図８（Ａ）のように排気管３の排気管内壁面３ａに煤Ｓが堆積しているとする。
【００４３】
第一段階として、速度勾配算出部２９で、任意の距離ｒ間におけるＷ方向速度の速度勾配ｄＷ／ｄｒを算出する（図８（Ｂ））。
第二段階として、煤堆積領域算出部３１で、ある閾値以下の速度勾配の領域を煤堆積領域Ａとして抽出する（図８（Ｃ））。
第三段階として、上記で得られた煤堆積領域の排気管内壁面３ａに熱抵抗を付加する（図８（Ｄ））。この熱抵抗は、予め設定された熱抵抗マップ４７を用いて算出される。
第四段階として、熱抵抗を加味して排気管内壁面温度Ｔｓを算出する（図８（Ｄ））。
ここで、排気ガスが排気管内壁面３ａに与える熱量を熱流束Ｑ（Ｗ／ｍ２Ｋ）、熱抵抗Ｒ、排気管内壁面温度Ｔｓと排ガス温度Ｔｇの関係は、次の式（１）、（２）のように表すことができる。
ΔＴ＝Ｒ・Ｑ        （１）
ΔＴ＝Ｔｇ−Ｔｓ    （２）
表面温度算出部３５では、上記の式（１）、（２）より、排気管内壁面温度Ｔｓを算出する。
【００４４】
第五段階として、排気管内壁面温度Ｔｓから排気管肉厚部（ステンレス鋼材等の金属）内の熱伝導を熱伝導方程式、及び排気管外側の条件から排気管外壁面（表面）温度Ｔｗを算出する（図８（Ｅ））。
ここで、排気管外側の条件とは、排気管外壁面の熱伝達率ｈ、雰囲気温度Ｔａである。排気ガスから排気管内壁面３ａに与えられた熱流束Ｑは、排気管外壁面（表面）３ｂから大気中に放熱される熱量（熱流束）Ｑ２に等しいため、熱流束Ｑ、Ｑ２は次の式（３）のように表すことができる。
Ｑ＝Ｑ２＝ｈ（Ｔｗ−Ｔａ）    （３）
上記式（１）〜（３）より、排気管外壁面温度Ｔｗを算出することができる。
但し、熱抵抗Ｒが存在する場合には、温度差ΔＴ分だけ排気管内壁面３ａに与えられる熱量は低減されるので、低減量ΔＱ＝（Ｑ−Ｑ'）を考慮して式（３）の熱流束ＱはＱ'として適用する。
上記手順による排気管外壁面温度Ｔｗの算出は表面温度算出部３５で処理される。
【００４５】
また、表面温度算出部３５は、煤堆積領域Ａ以外の排気管３の表面温度は、熱抵抗Ｒがゼロであり、すなわち熱抵抗Ｒは考慮せずに排気管３の内部を流れる排ガスの排ガス温度Ｔｇが直接に排気管３の内壁面温度Ｔｓとなり、排気ガスから排気管内壁面３ａに与えられる熱量は熱流束Ｑとなり、前述の手順と同様にして排気管３の表面温度Ｔｗを算出する。
【００４６】
解析結果出力部３７は、表面温度算出部３５によって算出された排気管表面温度Ｔｗの結果を、図１０で示すイメージ図のように、排気管３の全体図の上に温度領域ごとに色彩での色分けを施し、または濃淡を施して表面温度の変化状態が目視できる表示を行うようになっている。
【００４７】
以上のように構成された排気管温度推定装置１による表面温度の推定ついて、図３に示すフローチャートを参照して推定手順を説明する。
まず、ステップＳ１では、設計ＣＡＤデータを取得する。次のステップＳ２では、解析用データを作成する。すなわち、設計ＣＡＤデータを基に、第１排気管１３や第２排気管１７の内部空間を、メッシュ状にして有限個の解析要素に分割する。そして排気流速及び排気温度を解析する解析要素を作成する。
【００４８】
次にステップＳ３では、入力条件データ４１より境界条件を設定する。入力条件データ４１は、ある一定車速で一定勾配の登坂路を登坂走行する際の排気ガス質量流量及び排気ガス温度であり、この入力条件データ４１より境界条件を設定する。
そして、次のステップＳ４では、ステップＳ３で設定した境界条件を基に、解析部２７の排気流速解析部４３及び排気温度解析部４５によって、流れ場、温度場の解析を実行する。
【００４９】
次に、ステップＳ５では、速度勾配を抽出する。すなわち、ステップＳ４の流れ場の解析において、各解析要素Ｋ間の流速差から速度勾配を算出して、所定速度以下の速度勾配の領域を基に煤堆積領域Ａを算出する。
次に、ステップＳ６では、熱抵抗マップ４７を用いて、煤堆積領域Ａの内壁面に熱抵抗Ｒを付与して、熱抵抗Ｒを算出する。
そして、次のステップＳ７で、再度、解析部２７の排気流速解析部４３及び排気温度解析部４５によって、流れ場、温度場の解析を実行する。そして、ステップＳ８で、解析結果を出力する。
ステップＳ５の速度勾配の抽出による煤堆積領域Ａの算出と、その次のステップＳ６の熱抵抗マップ４７を用いての熱抵抗の反映の部分の処理によって、すなわち、図３のＰで示す部分の処理によって排気管３の表面温度の推定を効率よく実施することを可能としている。
【００５０】
以上説明した実施形態によれば、排気管３の表面温度を、各解析要素間の排気流速の速度勾配を基に煤堆積領域Ａを推定して、その煤堆積領域Ａの排気管内壁面３ａに熱抵抗Ｒを与えることで、簡単な手段によって煤堆積の影響を考慮した排気管表面温度Ｔｗを算出することができるので、簡単で低計算コストで、精度良く排気管の表面温度を推定することが可能になる。
【００５１】
また、表面温度算出部３５は、煤堆積領域Ａ以外の領域においては、煤の影響を考慮せずに排気管内壁面３ａに与えられる排気熱を算出して、それを基に排気管表面温度Ｔｗを算出するので、簡単かつ迅速に排気管の表面温度を算出できる。
【００５２】
また、予め試験によってまたはシミュレーション計算によって、一定の負荷状態、例えば、ある一定車速で一定勾配の登坂路を登坂走行する際の排気ガス質量流量及び排気ガス温度を排気管３の入口部の境界条件として入力することで、排気管の入口部から出口部に亘る排気管の長手方向における排気管３の表面温度を、簡単で低計算コストで精度良く算出することが可能になる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明の少なくとも一実施形態によれば、排気管の内壁面に堆積する煤が伝熱に与える影響を考慮して精度良い排気管の表面温度の推定が可能であり、しかも簡単で低計算コストで達成することができるので、車両の排気管温度推定装置への利用に適している。
【符号の説明】
【００５４】
１  排気管温度推定装置
３  排気管
３ａ  排気管内壁面
３ｂ  排気管外壁面（排気管表面）
５  内燃機関
１３  第１排気管
１７  第２排気管
２１  ＣＡＤデータ入力部
２３  解析用データ作成部（解析要素作成部）
２７  解析部
２９  速度勾配算出部
３１  煤堆積領域算出部
３３  熱抵抗算出部
３５  表面温度算出部
３７  解析結果出力部
３９  ＣＡＤデータ
４１  入力条件データ
４３  排気流速解析部
４５  排気温度解析部
４７  熱抵抗マップ
Ａ  煤堆積領域
Ｋ  解析要素
Ｒ  熱抵抗
Ｓ  煤
Ｔｓ  排気管内壁面温度
Ｔｗ  排気管外壁面（表面）温度
【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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