(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体経路の設計値と流体物理量と当該流体物理量の変化率との関係を低次元で模擬する低次元CFD演算をコンピュータのハードウェア資源を用いて実行する低次元CFD演算手段と、前記設計値と前記流体物理量と前記変化率との関係を、前記低次元に比して次元の高い高次元で模擬する高次元CFD演算をコンピュータのハードウェア資源を用いて実行する高次元CFD演算手段とを用いて、前記設計値の最適化を図る設計値最適化方法であって、
前記設計値の予定範囲の全域に渡って、前記低次元CFD演算手段に前記低次元CFD演算を実行させることで、前期設計値と前記流体物理量と前記変化率との関係を前記全域で網羅する低次元特性を取得する第１のステップと、
前記高次元CFD演算に付するべき前記設計値の初期値を設計値の入力値として前記高次元CFD演算手段に前記高次元CFD演算を実行させることで、前記入力値に対する流体物理量及び変化量を高次元演算結果として算出する第２のステップと、
前記低次元特性において前記高次元演算結果に対応する変化率を生じさせる設計値を、対応値として決定する第３のステップと、
前記低次元特性において前記流体物理量を最も望ましい値とする設計値を最適設計値として特定し、当該最適設計値と前記対応値との差を過去最新の入力値に加えることで入力値を更新する第４のステップと、
更新された入力値を設計値として、前記高次元CFD演算手段に前記高次元CFD演算を実行させる第５のステップと、
を含むことを特徴とする設計値最適化方法。
【請求項２】
前記第３及び第４のステップは、コンピュータに実行させることを特徴とする請求項１記載の設計値最適化方法。
【請求項３】
前記第５のステップは、前記第２のステップと同様の高次元演算結果を算出し、
前記第５のステップで算出された流体物理量の、その前に算出された過去最新の流体物理量に対する増加率が判定値を下回ったか否かに基づいて、それらの何れかが、流体物理量の最良値であるかを判定する第６ステップを含み、
前記最良値の判定が肯定されるまで、前記第５のステップで算出された高次元演算結果を前記第３のステップで用いることとして、前記第３乃至第６のステップを繰り返すことを特徴とする請求項１又は２記載の設計値最適化方法。
【請求項４】
前記最良値の判定が肯定された場合に、前記過去最新の流体物理量と前記第５のステップで算出された流体物理量とのうち大きい方の基礎とされた入力値を、前記設計値の最適値とする第７のステップを含むことを特徴とする請求項３記載の設計値最適化方法。
【請求項５】
前記設計値は内燃機関の吸気管長であり、前記流体物理量は、内燃機関の筒内流入空気量であることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項記載の設計値最適化方法。
【請求項６】
流体経路の設計値と流体物理量と当該流体物理量の変化率との関係を低次元で模擬する低次元CFD演算を行う低次元CFD演算手段と、
前記流体経路の設計値と前記流体物理量と前記変化率との関係を、前記低次元に比して次元の高い高次元で模擬する高次元CFD演算を行う高次元CFD演算手段と、
前記設計値の予定範囲の全域に渡って、前記低次元CFD演算手段に前記低次元CFD演算を実行させることで、前期設計値と前記流体物理量と前記変化率との関係を前記全域で網羅する低次元特性を取得する低次元特性取得手段と、
前記高次元CFD演算に付するべき前記設計値の初期値を設計値の入力値として前記高次元CFD演算手段に前記高次元CFD演算を実行させることで、前記入力値に対する流体物理量及び変化量を高次元演算結果として算出する高次元演算結果取得手段と、
前記低次元特性において前記高次元演算結果に対応する変化率を生じさせる設計値を、対応値として決定する対応値決定手段と、
前記低次元特性において前記流体物理量を最も望ましい値とする設計値を最適設計値として特定し、当該最適設計値と前記対応値との差を過去最新の入力値に加えることで入力値を更新する入力値更新手段と、
更新された入力値を設計値として、前記高次元CFD演算手段に前記高次元CFD演算を実行させる更新結果取得手段と、
を備えることを特徴とする設計値最適化システム。
【請求項７】
前記更新結果取得手段は、前記高次元演算結果取得手段と同様の高次元演算結果を算出し、
前記更新結果取得手段で算出された流体物理量の、その前に算出された過去最新の流体物理量に対する増加率が判定値を下回ったか否かに基づいて、それらの何れかが、流体物理量の最良値であるかを判定する最良値判定手段と、
前記最良値の判定が肯定されるまで、前記更新結果取得手段で算出された高次元演算結果を前記対応値決定手段に提供しつつ、前記対応値決定手段、前記入力値更新手段、及び前記更新結果取得手段に、処理を繰り返させる繰り返し指示手段と、
を備えることを特徴とする請求項６記載の設計値最適化システム。
【請求項８】
前記最良値の判定が肯定された場合に、前記過去最新の流体物理量と前記更新結果取得手段で算出された流体物理量とのうち大きい方の基礎とされた入力値を、前記設計値の最適値とする最適設計値決定手段を備えることを特徴とする請求項７記載の設計値最適化システム。
【請求項９】
前記設計値は内燃機関の吸気管長であり、前記流体物理量は、内燃機関の筒内流入空気量であることを特徴とする請求項６乃至８の何れか１項記載の設計値最適化システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、設計値最適化方法及び設計値最適化システムに係り、特に、CFD(Computation Fluid Dynamics)を利用して内燃機関の設計値を最適化するうえで好適な設計値最適方法及び設計値最適化システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、特開２００５−２４９４２２号公報に開示されているように、CFDを用いた内燃機関の性能予測手法が知られている。CFDは、作動流体の運動を模擬する物理モデルを用いたシミュレーションの手法である。上記従来の性能予測方法によれば、内燃機関の諸元を特定することで、CFDにより、吸気や排気の流れを模擬することができ、その結果から、上記の諸元で特定される内燃機関の性能を予測することができる。
【０００３】
CFDの物理モデルは、例えば、吸気や排気の流れを１次元の流れとして取り扱う１次元モデルとすることができる。また、そのモデルは、吸気や排気の流れを３次元の流れとして取り扱う３次元モデルとすることもできる。１次元モデルを用いたCFD（以後、「１次元CFD」と称す）は、３次元モデルを用いたCFD（以後、「３次元CFD」と称す）に比して軽い演算負荷で行うことができる。他方、作動流体の挙動を高い精度で模擬するうえでは、３次元CFDが１次元CFDに比して優れている。
【０００４】
上記従来の公報には、内燃機関の性能を予測するにあたり、基本的には１次元CFDを行い、特に精度の要求される部位に限って、３次元CFDを行うことが記載されている。１次元CFDと３次元CFDとを、このように切り換えて用いることによれば、演算負荷が不当に重くなるのを避けつつ、十分な精度で内燃機関の性能を予測することができる。このため、上記従来の手法は、諸元の特定された内燃機関の性能を、短時間で正確に予測する手法として有用である。
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２４９４２２号公報
【特許文献２】特開２００５−２４９４１９号公報
【特許文献３】特開２００５−２４９４２０号公報
【特許文献４】特開２００４−２３９１３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
内燃機関を設計するにあたっては、個々の設計値（例えば吸気管長）を最適化することが望まれる。このような最適化を行うにあたっては、内燃機関を現実に試作して評価を行うより、設計値を変化させながら、性能予測のシミュレーションを繰り返し行う方が効率的である。
【０００７】
上記従来の方法によれば、例えば、吸気管長を最適化しようとした場合、吸気管長を徐々に変化させながら、１次元CFDと３次元CFDとを組み合わせた性能予測を繰り返し実行することとなる。この場合、１回のシミュレーション自体は、比較的短時間で、かつ精度良く行うことができるが、多くの繰り返しが必要となるため、全体としては、最適な設計値が得られるまでには、多大な工数が必要となる。この点、上記従来の手法は、設計値を最適化する場面での効率を高めるという点では、必ずしも理想的な手法ではなかった。
【０００８】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、作動流体の挙動に影響を与える設計値を効率的に最適化することのできる設計値最適化方法を提供することを目的とする。
また、この発明は、上記の設計値最適化方法を自動的に実行する設計値最適化システムを提供することを第２の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、流体経路の設計値と流体物理量と当該流体物理量の変化率との関係を低次元で模擬する低次元CFD演算をコンピュータのハードウェア資源を用いて実行する低次元CFD演算手段と、前記設計値と前記流体物理量と前記変化率との関係を、前記低次元に比して次元の高い高次元で模擬する高次元CFD演算をコンピュータのハードウェア資源を用いて実行する高次元CFD演算手段とを用いて、前記設計値の最適化を図る設計値最適化方法であって、
前記設計値の予定範囲の全域に渡って、前記低次元CFD演算手段に前記低次元CFD演算を実行させることで、前期設計値と前記流体物理量と前記変化率との関係を前記全域で網羅する低次元特性を取得する第１のステップと、
前記高次元CFD演算に付するべき前記設計値の初期値を設計値の入力値として前記高次元CFD演算手段に前記高次元CFD演算を実行させることで、前記入力値に対する流体物理量及び変化量を高次元演算結果として算出する第２のステップと、
前記低次元特性において前記高次元演算結果に対応する変化率を生じさせる設計値を、対応値として決定する第３のステップと、
前記低次元特性において前記流体物理量を最も望ましい値とする設計値を最適設計値として特定し、当該最適設計値と前記対応値との差を過去最新の入力値に加えることで入力値を更新する第４のステップと、
更新された入力値を設計値として、前記高次元CFD演算手段に前記高次元CFD演算を実行させる第５のステップと、
を含むことを特徴とする。
【００１０】
また、第２の発明は、第１の発明において、前記第３及び第４のステップは、コンピュータに実行させることを特徴とする。
【００１１】
また、第３の発明は、第１又は第２の発明において、
前記第５のステップは、前記第２のステップと同様の高次元演算結果を算出し、
前記第５のステップで算出された流体物理量の、その前に算出された過去最新の流体物理量に対する増加率が判定値を下回ったか否かに基づいて、それらの何れかが、流体物理量の最良値であるかを判定する第６ステップを含み、
前記最良値の判定が肯定されるまで、前記第５のステップで算出された高次元演算結果を前記第３のステップで用いることとして、前記第３乃至第６のステップを繰り返すことを特徴とする。
【００１２】
また、第４の発明は、第３の発明において、
前記最良値の判定が肯定された場合に、前記過去最新の流体物理量と前記第５のステップで算出された流体物理量とのうち大きい方の基礎とされた入力値を、前記設計値の最適値とする第７のステップを含むことを特徴とする。
【００１３】
また、第５の発明は、第１乃至第４の発明の何れかにおいて、前記設計値は内燃機関の吸気管長であり、前記流体物理量は、内燃機関の筒内流入空気量であることを特徴とする。
【００１４】
また、第６の発明は、設計値最適化システムであって、
流体経路の設計値と流体物理量と当該流体物理量の変化率との関係を低次元で模擬する低次元CFD演算を行う低次元CFD演算手段と、
前記流体経路の設計値と前記流体物理量と前記変化率との関係を、前記低次元に比して次元の高い高次元で模擬する高次元CFD演算を行う高次元CFD演算手段と、
前記設計値の予定範囲の全域に渡って、前記低次元CFD演算手段に前記低次元CFD演算を実行させることで、前期設計値と前記流体物理量と前記変化率との関係を前記全域で網羅する低次元特性を取得する低次元特性取得手段と、
前記高次元CFD演算に付するべき前記設計値の初期値を設計値の入力値として前記高次元CFD演算手段に前記高次元CFD演算を実行させることで、前記入力値に対する流体物理量及び変化量を高次元演算結果として算出する高次元演算結果取得手段と、
前記低次元特性において前記高次元演算結果に対応する変化率を生じさせる設計値を、対応値として決定する対応値決定手段と、
前記低次元特性において前記流体物理量を最も望ましい値とする設計値を最適設計値として特定し、当該最適設計値と前記対応値との差を過去最新の入力値に加えることで入力値を更新する入力値更新手段と、
更新された入力値を設計値として、前記高次元CFD演算手段に前記高次元CFD演算を実行させる更新結果取得手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１６】
また、第７の発明は、第６の発明において、
前記更新結果取得手段は、前記高次元演算結果取得手段と同様の高次元演算結果を算出し、
前記更新結果取得手段で算出された流体物理量の、その前に算出された過去最新の流体物理量に対する増加率が判定値を下回ったか否かに基づいて、それらの何れかが、流体物理量の最良値であるかを判定する最良値判定手段と、
前記最良値の判定が肯定されるまで、前記更新結果取得手段で算出された高次元演算結果を前記対応値決定手段に提供しつつ、前記対応値決定手段、前記入力値更新手段、及び前記更新結果取得手段に、処理を繰り返させる繰り返し指示手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１７】
また、第８の発明は、第７の発明において、
前記最良値の判定が肯定された場合に、前記過去最新の流体物理量と前記更新結果取得手段で算出された流体物理量とのうち大きい方の基礎とされた入力値を、前記設計値の最適値とする最適設計値決定手段を備えることを特徴とする。
【００１８】
また、第９の発明は、第６乃至第８の発明の何れかにおいて、前記設計値は内燃機関の吸気管長であり、前記流体物理量は、内燃機関の筒内流入空気量であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
第１、第２又は第６の発明によれば、低次元CFD演算と、高次元CFD演算とを組み合わせて設計値の最適化を図ることができる。ここでは、設計値の予定範囲の全域に渡る演算は、低次元CFD演算についてのみ行われる（第１ステップ又は低次元特性取得手段）。高次元CFD演算は、先ず、所定の入力値に対してのみ行われる（第２ステップ又は高次元演算結果取得手段）。その結果得られた高次元演算結果と対応する結果を、低次元CFD演算によって得るための設計値が対応値として決定される（第３のステップ又は対応値決定手段）。このようにして得られた対応値と、低次元特性における最適設計値との差は、高次元CFD演算によって最良の流体物理量を導出する最適設計値と、上記の入力値との差の近似値となる。本発明によれば、その近似値に基づいて入力値を更新することで、入力値の更新値を、高次元CFD演算で最良値を導出する最適設計値に近似した値とすることができる。そして、その更新値で再び高次元CFD演算を行うことにより（第５のステップ又は更新結果取得手段）、最良値に近い流体物理量を算出することができる。このように、本発明によれば、高次元CFD演算を１回行うだけで、最適値に十分に近似した設計値を得ることができる。また、高次元CFD演算を２回行うだけで、その設計値に対する流体物理量、つまり、その設計値の評価値を得ることができる。このため、本発明によれば、作動流体の挙動に影響を与える設計値を、極めて効率的に最適化することができる。
【００２０】
また、これらの発明によれば、第２のステップ又は高次元演算結果取得手段において、
入力値に対応する流体物理量の変化率が高次元CFD演算により算出される。そして、第３
のステップ又は対応値決定手段では、上記の変化率に基づいて、低次元特性における対応
点が決定される。高次元CFD演算により得られる流体物理量と、低次元CFD演算により得ら
れる流体物理量とは、設計値の変化に対して同様の増減傾向を示す。このため、本発明の
ように、流体物理量の変化率に基づいて対応値を決定することとすると、入力値と対応値
の対応を、正しくとることができる。
【００２１】
第３又は第７の発明によれば、第５のステップ又は更新結果取得手段において算出された流体物理量と、その前に算出された過去最新の流体物理量との何れかが、流体物理量の最良値であるかが判定される。そして、この判定が否定された場合は、第５のステップ又は更新結果取得手段で算出された高次元演算結果を基礎として、再び、対応値の決定、入力値の更新、及び更新後の入力値に基づく高次元CFD演算が行われる。上記の処理によれば、入力値を効率的に最適値に近づけることができ、かつ、最適値が認識できた時点で、演算処理を終了させることができる。
【００２２】
第４又は第８の発明によれば、第５のステップ又は更新結果取得手段で算出された流体物理量に、前回値に対する大きな増加が認められない場合は、流体物理量の増加が収束した、つまり、流体物理量が最良値に達したと判断される。そして、最後に算出された２つの流体物理量のうち、大きい方の値が最良値とされ、その値を導出する入力値が最適な設計値とされる。このような手法によれば、最良の流体物理量を生じさせる設計値を、効率的に最適設計値として特定することができる。
【００２３】
第５又は第９の発明によれば、内燃機関の筒内流入空気量の特性を最適化することのできる内燃機関の吸気管長を効率的に特定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
実施の形態１．
［実施の形態１の構成］
図１は、本発明の実施の形態１の設計値最適化システムの構成を説明するためのブロック図である。本実施形態のシステムは、通常のコンピュータシステムに、後述する機能を実現するためのソフトウェアをインストールすることにより実現することができる。図１に示す各ブロックは、コンピュータシステムが、上記のソフトウェアに従った処理を行うことで実現される機能ブロックを、模式的に表したものである。
【００２５】
図１に示すように、本実施形態のシステムは、入力インターフェイス（IF)１０、及び出力IF１２を備えている。入力IF１０は、具体的には、キーボードやマウスにより実現される。また、出力IF１２は、ディスプレイやスピーカーにより実現される。
【００２６】
また、このシステムは、１次元（1D）CFDユニット１４及び３次元（3D）CFDユニット１６を備えていると共に、システムの全体を制御する制御ユニット１８を備えている。上述した各ブロックは、相互にデータ通信が行えるように構成されている。
【００２７】
1DCFDユニット１４は、流体の流れを１次元の流れ（流れの方向に対して垂直な平面内では一様な流れ）として模擬する１次元物理モデルを含んでいる。1DCFDユニット１４によれば、種々の諸元を定めることにより、その諸元に対して表れる流体の挙動、つまり、流量、流速、圧力等の流体物理量を、１次元物理モデルに基づいてシミュレーションすることができる。例えば、1DCFDユニット１４を、内燃機関の設計に利用する場面では、内燃機関の諸元を特定することで、その諸元の下で得られる吸気や排気の物理量を、１次元物理モデルに従って模擬することができる。以下、この模擬のための演算を「1DCFD演算」と称す。
【００２８】
3DCFDユニット１６は、流体の流れを３次元の流れ（流れの方向に対して垂直な平面内で一様でない流れ）として模擬する３次元物理モデルを含んでいる。3DCFDユニット１６によれば、種々の諸元を定めることにより、その諸元に対して表れる流体物理量を、３次元物理モデルに基づいてシミュレーションすることができる。例えば、3DCFDユニット１６を、内燃機関の設計に利用する場面では、内燃機関の諸元を特定することで、その諸元の下で得られる吸気や排気の物理量を、３次元物理モデルに従って模擬することができる。以下、この模擬のための演算を「3DCFD演算」と称す。
【００２９】
本実施形態では、1DCFDユニット１４及び3DCFDユニット１６を、内燃機関の吸気系の設計に利用する場合について説明する。また、ここでは、特定するべき諸元（種々の設計値）の一つに吸気管長が含まれており、かつ、1DCFD演算及び3DCFD演算が、何れも、筒内流入空気量を模擬するように設定されているものとする。
【００３０】
［実施の形態１における最適化方法］
図２は、本実施形態において用いられる設計値最適化方法の概念を説明するための図である。図２（Ａ）中に実線で示す曲線２０は、1DCFD演算により得られる吸気管長と筒内流入空気量との関係を示す。以下、この関係を「１次元特性２０」と称す。また、図２（Ａ）中に破線で示す曲線２２は、3DCFD演算により得られる吸気管長と筒内流入空気量との関係を示す。以下、この関係を「３次元特性２２」と称す。
【００３１】
１次元特性２０は、具体的には、吸気管長Lを、予定範囲の全域に渡って変化させながら1DCFD演算を繰り返し実行し、その結果得られた多数の筒内流入空気量をつなぐことにより得ることができる。また、３次元特性２２は、同様に、吸気管長Lを、予定範囲の全域に渡って変化させながら3DCFD演算を繰り返し実行し、その結果得られた多数の筒内流入空気量をつなぐことにより得ることができる。
【００３２】
1DCFD演算は、流体の流れを１次元のものとして扱うため、3DCFDに比して軽い負荷で行うことができる。しかしながら、吸気管内部の空気の流れは、本来１次元ではなく、進行方向に対して垂直な平面内で一様にはならない。この傾向は、特に、吸気ポートのような形状の複雑な経路の内部において顕著になる。3DCFD演算によれば、そのような複雑な経路内での流れをも精度良く模擬することができるため、1DCFD演算に比して、より正確に筒内流入空気量を模擬することができる。図２（Ａ）に示す２本の曲線２０，２２は、上述した精度の差に起因して、異なったものとなっている。
【００３３】
内燃機関においては、筒内流入空気量が、できる限り多量となることが望ましい。この観点によれば、吸気管長Lの最適値は、筒内流入空気量を最大値とする値と定義することができる。そして、そのような最適な吸気管長Lは、精度の良い３次元特性２２を求め、その３次元特性２２において筒内流入空気量を最大とする吸気管長Lを特定すれば、正確に取得することができる。
【００３４】
しかしながら、上記の手法によれば、演算負荷の高い3DCFD演算を繰り返し多数回実行することが必須となる。このため、この手法は、吸気管長Lの最適値を特定する手法として、必ずしも効率的なものではない。
【００３５】
本実施形態の最適化方法は、上述した手法に比して、吸気管長Lを効率的に最適化するための方法である。ここでは、先ず、吸気管長Lの予定範囲の全域に渡って、負荷の軽い1DCFD演算を繰り返し実行する。この処理により、１次元特性２０を得ることができる(1)。
【００３６】
次に、過去の経験や、１次元特性２２における最適値等を参考にして、3DCFD演算に付するべき吸気管長L3の初期値を設定する(2)。
【００３７】
次いで、3DCFD演算により、吸気管長L3に対する評価関数の感度を演算する。具体的には、先ず、吸気管長をL3初期値として3DCFD演算を行い、３次元特性２２上の、L3初期値に対応する点（図２（Ａ）における点２４）を定める。次いで、その点２４における筒内流入空気量（評価関数）の変化率ΔGa3（感度）を算出する(3)。
【００３８】
続いて、１次元特性２０において、評価関数の感度が上記の感度と同じになる点（図２（Ａ）における点２６）を特定する。つまり、１次元特性２０において、筒内流入空気量の変化率がΔGa3となる点を特定する(4)。
【００３９】
次に、図２（Ｂ）に示すように、上記(4)の処理により特定した点２６が、上記(3)の処理で特定した点２４に重なるように、１次元特性２０を平行移動する(5)。
【００４０】
１次元特性２０は、その全域が既に明らかになっている。このため、１次元特性２０において、筒内流入空気量を最大とする吸気管長、つまり、１次元特性２０における吸気管長の最適値は特定することができる。本実施形態の最適化方法では、上記(5)の処理に続いて、移動後の１次元特性２０において最適値となる吸気管長を特定し、その値を、２度目の3DCFD演算に付すべき吸気管長L3（更新値）とする(6)。
【００４１】
１次元特性２０と、３次元特性２２ととは、吸気管長の変化に対して、似通った増減傾向を示す。このため、１次元特性２０における吸気管長の最適値と、点２６に対応する吸気管長との間に生じている差ΔL1は、３次元特性２２において筒内流入空気量を最大とする吸気管長と点２４に対応する吸気管長（L3初期値）との間に生じている差の近似値として取り扱うことができる。そして、上記(6)の処理によれば、L3初期値にΔL1を加えた値をL3更新値とすることで、L3更新値を、３次元特性２２における吸気管長の最適値に十分に近づけることができる。
【００４２】
上記(6)の処理によりL3更新値が定まったら、次に、その値を用いて3DCFD演算を行う(7)。図２（Ｂ）に示す点２８は、上記の演算により求められた点である。図２（Ｂ）は、点２８が、３次元特性２２における最良点からある程度離れていた状態を示している。点２８における筒内流入空気量Ga3は、3DCFD演算により前回求めた点２４における筒内流入空気量Ga3に比して十分に大きな値となっている。そして、前回の3DCFD演算から今回の3DCFD演算にかけてのGa3の増加率は、Ga3が最大値に近づくほど、つまり、3DCFD演算の基礎とされるL3更新値が最適な吸気管長に近づくほど小さくなる。このため、前回から今回にかけても筒内流入空気量Ga3の増加率に着目すれば、L3更新値が吸気管長の最適値に近づいたか否かは判断することができる。
【００４３】
本実施形態の最適化方法では、L3更新値に基づいて3DCFD演算が行われる毎に、上記の判断を行う。その結果、L3更新値が、未だ十分に最適化されていないと判断できる場合は、再び、上述した(3)以降の処理を繰り返す。
【００４４】
具体的には、先ず、図２（Ｃ）に示すように、点２８における変化率ΔGa3を求める(8)。次いで、１次元特性２０において、変化率がΔGa3となる点３０を特定する(9)。更に、図２（Ｄ）に示すように、上記(9)の処理により特定した点３０が、上記(8)の処理で特定した点２８に重なるように、１次元特性２０を平行移動する(10)。そして、上記処理(5)の場合と同様に、１次元特性２０において最適値となる吸気管長を、新たなL3更新値とする(11)。
【００４５】
図２（Ｄ）に示す例では、２度目に算出されたL3更新値が、３次元特性２２において最大の筒内流入空気量Ga3を発生させる値、つまり、吸気管長の最適値に十分近い値となっている。本実施形態の最適化方法によれば、この場合、２度目に求めたL3更新値を吸気管長の最適値として認識し、その時点で最適化の処理を終了する。
【００４６】
以上説明した通り、本実施形態の最適化方法では、吸気管長の予定範囲の全域に渡る計算は、1DCFD演算についてのみ実行される。そして、3DCFD演算については、L3初期値と、L3更新値とを対象として、僅かな回数が実行されるだけである。その一方で、本実施形態の方法によれば、１次元特性２０の傾向を利用することにより、L3更新値を、極めて効率的に吸気管長の最適値に近づけることができる。このため、本実施形態の最適化方法によれば、過重な演算負荷を生じさせることなく、吸気管長の最適化を効率的に行うことができる。
【００４７】
［実施の形態１の最適化方法を実現するための処理の概要］
次に、図３を参照して、上述した最適化方法を、コンピュータ上で効率的に進めるための処理の概要を説明する。図１に示す設計値最適化システムは、具体的には、以下に説明する手順で吸気管長の最適化を進める。尚、図３において、上記図２に示す要素と同じ要素には、共通する符号を付することとする。
【００４８】
本実施形態の最適化方法をコンピュータ上で実行する場合、吸気管長の予定範囲を定めて、その範囲をコンピュータに入力する。コンピュータは、その全域に渡って1DCFD演算を行い、図３（Ａ）に示すような１次元特性２２を演算する(1)。
【００４９】
コンピュータには、更に、3DCFD演算の初期値となる吸気管長L3を入力する。コンピュータは、その入力を受けて、図３（Ｂ）に示す点２４における筒内流入空気量Ga3及び変化率ΔGa3を算出する(3)。
【００５０】
次に、１次元特性２０上で、筒内流入空気量の変化率がΔGa3となる点２６（図３（Ｃ）参照）を特定する(4)。更に、点２６における吸気管長L1と、１次元特性２０における最適吸気管長L1peakとの差ΔL1を算出する(5')。次いで、上記の差ΔL1をL3初期値に加算することにより、図３（Ｄ）に示すように、L3更新値を求める(6')。
【００５１】
上述した(4)、(5')及び(6')の処理は、それぞれ、コンピュータに実行させることとしても、また、オペレータにマニュアル処理により実行させることとしてもよい。尚、上記(5')及び(6')の処理は、図２を参照して説明した(5)及び(6)の処理、つまり、１次元特性２０を平行移動してL3更新値を求める処理に対応している。
【００５２】
コンピュータは、L3更新値が特定されたら、その値を用いて3DCFD演算を行う(7)。その結果、図３（Ｄ）に示す点２８が特定される。より具体的には、点２８における筒内流入空気量Ga3と、その点における変化率ΔGa3が算出される(7)。
【００５３】
次に、筒内流入空気量Ga3の増加率を算出する。具体的には、前回算出された筒内流入空気量Ga3（点２４のGa3）に対して、今回算出された筒内流入空気量Ga3（点２８のGa3）が、どの程度増加しているかを算出する。そして、その増加率が、判定値ε（例えば、実機において筒内流入空気量に認められる許容誤差）以上である場合は、未だGa3が最大値に収束していない、つまり、L3更新値が、未だ最適設計値に収束していないと判断する。他方、上記の増加率が判定値を下回っていた場合は、L3更新値が最適設計値に収束したと判断する。尚、この判断は、コンピュータに実行させることとしても、また、オペレータにマニュアル処理により実行させることとしてもよい。
【００５４】
L3更新値が最適設計値に収束していないと判断された場合は、更なる最適化を進めるため、図３（Ｅ）に示す処理を継続する。すなわち、１次元特性２０上で変化率ΔGa3を実現する点３０を特定し(9)、更に、１次元特性２０上での最適値との差ΔL1を算出する(10')。
【００５５】
その後、図３（Ｆ）に示すように、上記の差ΔL1を用いて新たなL3更新値を求める(11')。L3更新値が新たに求まったら、その値について、筒内流入空気量Ga3の増加率を求める。その増加率が、判定値以上であれば、再びL3更新値を更新するための処理を繰り返す。一方、その増加率が判定値に満たない場合は、処理(11')で求めたL3更新値を、吸気管長の最適値として特定する。以上の処理によれば、本実施形態における設計値最適化処理を、コンピュータを利用して、簡単に実現することができる。
【００５６】
［実施の形態１のシステムにおける具体的処理］
本実施形態の最適化方法は、上述した通り、全ての処理をコンピュータに実行させることによっても、或いは、一部の処理をマニュアル処理とすることによっても実現することは可能である。図１に示すシステムは、全ての処理をコンピュータが実行する手法で本実施形態の最適化方法を実現する。以下、図１に示すシステムが、その機能を実現するために実行する処理の内容を説明する。
【００５７】
図４は、図１に示すシステムが実行するルーチンのフローチャートである。図１に示すルーチンは、吸気管長の予定範囲と、3DCFD演算に付するL3初期値とが入力された状態で起動される。このルーチンでは、先ず、吸気管長の予定範囲の全域に渡って、1DCFD演算により、筒内流入空気量Ga1と、その変化率ΔGa1が算出される（ステップ１００）。本ステップの処理により算出された結果は、１次元特性２０として記憶される。
【００５８】
次に、L3初期値を用いて、3DCFD演算が行われる（ステップ１０２）。その結果、L3初期値に対応する筒内吸入空気量Ga3と、その変化率ΔGa3が算出される。
【００５９】
次に、１次元特性２０と、変化率ΔGa3とに基づいて、１次元特性２０上で変化率ΔGa3と同じ変化率ΔGa1を生じさせる吸気管長L1が特定される（ステップ１０４）。
【００６０】
次いで、１次元特性２０における最適吸気管長L1peakと、上記の吸気管長L1との差ΔL1＝L1peak−L1が算出される（ステップ１０６）。
【００６１】
更に、上記の差ΔL1を現在のL3に加算することにより、L3更新値が算出される（ステップ１０８）。
【００６２】
そして、新たに算出されたL3更新値により、3DCFD演算が実行され留（ステップ１１０）。その結果、L3更新値に対応する筒内流入空気量Ga3と、その変化率ΔGa3とが取得される。
【００６３】
次に、上記の処理により算出された筒内流入空気量Ga3の増加率が、判定値εより小さいかが判別される（ステップ１１２）。ここでは、具体的には、上記ステップ１１０で算出された最新のGa3と、前回算出されたGa3との差が増加量として算出される。そして、その増加量が、前回のGa3のε％より小さいかが判別される。
【００６４】
上記ステップ１１２の処理により、Ga3の増加率が判定値ε以上であると判別された場合は、前回から今回にかけて、L3の更新に伴って、筒内流入空気量Ga3の算出値が大きく増加したと判断できる。そして、この場合は、Ga3に、未だ増加の余地が大きく残されている可能性がある、つまり、L3更新値に、最適化の余地が未だ大きく残っている可能性があると判断できる。この場合は、更なる最適化を実現するため、再び上記ステップ１０４以降の処理が実行される。
【００６５】
一方、上記ステップ１１２において、Ga3の増加率が判定値εに満たないと判別された場合は、筒内流入空気量Ga3の計算値が、既に最大値付近に達していると判断できる。この場合は、その時点で算出されているGa3のうち、最大のものを生じさせる吸気管長L3peakが、吸気管長の最適値として特定される（ステップ１１４）。
【００６６】
上記ステップ１１４では、より具体的には、先ず、最新のL3更新値に基づいて算出された筒内流入空気量Ga3(i)と、その直前に算出された筒内流入空気量Ga3(i-1)とが比較される。そして、Ga3(i)がGa(i-1)より大きい場合は、最新のL3更新値が最適値とされ、Ga3(i)がGa(i-1)より小さい場合は、前回のL3が最適値とされる。
【００６７】
上記ステップ１１２の条件は、最新のL3更新値が最適値を通り越した段階で始めて成立することがある。このような状況下では、最新のL3更新値より、前回用いたL3の方が最適値として相応しい事態が生じ得る。上記ステップ１１４の処理によれば、そのような場合をも含めて、常に適切に吸気管長の最適値を定めることができる。このため、本実施形態のシステムによれば、過重な演算負荷を生じさせることなく、常に効率的かつ適切に、吸気管長の最適化を実現することができる。
【００６８】
ところで、上述した実施の形態１では、ステップ１１２において、前回の筒内流入空気量Ga3(i-1)に対する今回の筒内流入空気量Ga3(i)の増加率に基づいて、Ga3が最良値に近づいているか否かを判断することとしているが、その判断の手法はこれに限定されるものではない。すなわち、Ga3が最良値に近づいているか否かは、ステップ１１０において、最新のl3更新値を基礎として算出される変化率ΔGa3が、十分に小さな値であるか否かに基づいて判断することとしてもよい。
【００６９】
また、上述した実施の形態１では、筒内流入空気量を最大とする吸気管長を最適吸気管長と定義して、吸気管長の最適化を図ることとしているが、本発明の適用は、これに限定されるものではない。例えば、最適値を評価するパラメータは、流体の物理量であればよく、流量の他に圧力や流量であってもよい。更に、最適化の対象は、流体の挙動に影響を与える設計値であれば良く、内燃機関を例にとれば、吸気管径、サージタンク長、サージタンク容量、排気管長、排気管径などをその対象としてもよい。
【００７０】
また、上述した実施の形態１では、1DCFD演算と、3DCFD演算とを組み合わせて用いることとしているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、次元の低いCFD演算と、次元の高いCFD演算とを組み合わせて用いることで実現が可能である。従って、この条件が満たされる限りにおいて、実施の形態１における1DCFD演算、或いは3DCFD演算は、それぞれ他の次元（例えば２次元）に置き換えてもよい。
【００７１】
また、上述した実施の形態１では、筒内流入空気量を最大とする吸気管長を、最適な設計値と定義していることから、ステップ１１２では、「増加率」が判定値より小さいかを判断すること、つまり、3DCFD演算の結果が最大値付近に収束したかを判断することとしているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、流体物理量を最小とする設計値が最適設計値と定義される場合には、上記の判断に変えて、3DCFD演算の結果が最小値付近に収束したか（「減少率」が判定値より小さいか）を判断することが適切である。
【００７２】
尚、上述した実施の形態１においては、1DCFD演算及び3DCFD演算が、それぞれ第１又は第６の発明における「低次元CFD演算」及び「高次元CFD演算」に対応している。また、ステップ１００が前記第１の発明における「第１のステップ」及び前記第６の発明における「低次元特性取得手段」に、ステップ１０２が前記第１の発明における「第２のステップ」及び前記第６の発明における「高次元演算結果取得手段」に、ステップ１０４が前記第１の発明における「第３のステップ」及び前記第６の発明における「対応値決定手段」に、ステップ１０４及び１０８が前記第１の発明における「第４のステップ」及び前記第６の発明における「入力値更新手段」に、ステップ１１０が前記第１の発明における「第５ステップ」及び前記第６の発明における「更新結果取得手段」に、それぞれ相当している。
【００７３】
また、上述した実施の形態１においては、ステップ１０２で算出される筒内流入空気量Ga3及び変化率ΔGa3が前記第２又は第７の発明における「流体物理量」及び「流体物理量の変化率」に対応している。
【００７４】
また、上述した実施の形態１においては、ステップ１１２が、前記第３の発明における「第６のステップ」及び前記第８の発明における「最良値判定手段」に、ステップ１１２の条件が不成立である場合にステップ１０４以降の処理の繰り返しを指令する処理が前記第８の発明における「繰り返し指示手段」に、それぞれ相当している。
【００７５】
また、上述した実施の形態１においては、ステップ１１４が、前記第４の発明における「第７のステップ」及び前記第９の発明における「最適設計値決定手段」に相当している。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の実施の形態１の設計値最適化システムのブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態１で用いられる設計値最適化方法の概念を説明するための図である。
【図３】本発明の実施の形態１において、図１に示すシステムが実行する処理の内容を説明するための図である。
【図４】本発明の実施の形態１において、図１に示すシステムが実行するルーチンのフローチャートである。
【符号の説明】
【００７７】
１０  入力インターフェイス
１２  出力インターフェイス
１４  １次元CFDユニット（1DCFDユニット）
１６  ３次元CFDユニット（3DCFDユニット）
２０  １次元特性
２２  ３次元特性
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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