(57)【要約】  【課題】予めデータベース化されている部品モデルを用いて、この部品モデルとは異なる断面形状の開口を通過する流体の圧力損失を解析できるようにする。  【解決手段】予め一次元流体解析されている燃料管路２４内に発生する燃料の脈動成分中の特定周波数帯を減衰するために燃料管路２４にフューエルダンパ２１を取付けるに際し、フューエルダンパ２１と燃料管路２４との間に形成するオリフィス２１ａの断面形状部品モデルを生成する。この断面形状部品モデルは、先ずオリフィス２１ａを通過する燃料の圧力損失を、予めデータベース化されている円形断面形状部品モデル２１ａ’を組み合わせて解析し、この円形断面形状部品モデル２１ａ’の個数分の総断面積Ａ１と等価の断面積で設定する。【選択図】図５
2007047870.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次元流体解析されている配管に他の連通路を接続するに際し、該配管と該他の連通路との接続開口部の断面形状部品モデルを、該接続開口部を通過する流体の圧力損失が予め設定した値となるように生成する部品モデル生成装置において、
上記接続開口部を通過する上記流体の上記圧力損失を、予め設定されている断面形状の部品モデルを組み合わせて解析する手段と、
上記部品モデルを組み合わせて得られる圧力損失と予め設定した目標圧力損失とを比較し、該圧力損失が該目標圧力損失に最も近くなる上記部品モデルの組み合わせを演算する手段と、
演算した上記部品モデルの組み合わせに基づき上記接続開口部の断面形状部品をモデル化する手段と
を備えることを特徴とする部品モデル生成装置。
【請求項２】
上記接続開口部の断面形状部品は上記部品モデルを組み合わせたときの総断面積と等しい面積でモデル化する
ことを特徴とする請求項１記載の部品モデル生成装置。
【請求項３】
上記部品モデルの上記断面形状が１種類であり、
上記部品モデルの数を変化させることで組み合わせを設定する
ことを特徴とする請求項１或いは２記載の部品モデル生成装置。
【請求項４】
一次元流体解析されている配管に他の連通路を接続するに際し、該配管と該他の連通路との接続開口部の断面形状部品モデルを、該接続開口部を通過する流体の圧力損失が予め設定した値となるように生成する部品モデル生成方法において、
上記接続開口部を通過する上記流体の上記圧力損失を、予め設定されている断面形状の部品モデルを組み合わせて解析し、
次いで上記部品モデルを組み合わせて得られる圧力損失と予め設定した目標圧力損失とを比較し、該圧力損失が該目標圧力損失に最も近くなる上記部品モデルの組み合わせを演算し、
その後演算した上記部品モデルの組み合わせに基づき上記接続開口部の断面形状部品をモデル化する
ことを特徴とする部品モデル生成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、予め設定されている断面形状の部品モデルを用いて異なる断面形状の部品モデルを生成する部品モデル生成装置、及び部品モデル生成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、製品を製作する場合、設計段階において予め仮想の部品モデルを用いて種々のシミュレーションを行い、当該シミュレーションの解析結果を実際の製品に反映させる作業が行われる。例えば、流体が流れる管路内に他の連通路をＴ字状に接続する場合の、当該接続部分に形成する接続開口部の断面形状を設計するに際しては、予め用意されている円形断面などの部品モデルを用い、この部品モデルから流動抵抗を求めることで圧力損失を算出する。
【０００３】
この場合、例えば特許文献１（特開平７−２１２３１号公報）では、配管内の任意形状の断面の圧力損失を三次元流体解析にて求めるようにしている。
【０００４】
一方、特許文献２（特開平６−１８７０４６号公報）には、ホースを変形させたときの圧力損失から、変形時のホースの断面積を求める技術が開示されている。すなわち、ある設定流量時のピンチ弁の圧力損失係数(z)から、ホースの開口比（ｍ：押圧されていないホースの断面積(S0)/押圧されたホースの断面積(s)）を求め、この開口比(m)から、ピンチ弁によって押圧されたときのホースの断面積(s)を求める。
【特許文献１】特開平７−２１２３１号公報
【特許文献２】特開平６−１８７０４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に開示されている技術では、三次元流体解析により圧力損失を求めるようにしているので、演算が複雑化し、汎用性に欠ける問題がある。
【０００６】
又、特許文献２に開示されている技術では、予め実験などで圧力損失と断面積との関係を求めておく必要があるため、既にデータベース化されている断面形状の部品モデルでのみの対応が可能であり、任意断面形状の圧力損失を求めるには限界がある。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑み、三次元流体解析を用いることなく一次元流体解析において、異なる断面形状の開口を通過する際の圧力損失を、予めデータベース化されている部品モデルを用いて解析することで、演算の簡素化、高い汎用性及び取扱性を得ることの出来る部品モデル生成装置、及び部品モデル生成方法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】
上記目的を達成するため本発明による部品モデル生成装置は、一次元流体解析されている配管に他の連通路を接続するに際し、該配管と該他の連通路との接続開口部の断面形状部品モデルを、該接続開口部を通過する流体の圧力損失が予め設定した値となるように生成するものにおいて、上記接続開口部を通過する上記流体の上記圧力損失を、予め設定されている断面形状の部品モデルを組み合わせて解析する手段と、上記部品モデルを組み合わせて得られる圧力損失と予め設定した目標圧力損失とを比較し、該圧力損失が該目標圧力損失に最も近くなる上記部品モデルの組み合わせを演算する手段と、演算した上記部品モデルの組み合わせに基づき上記接続開口部の断面形状部品をモデル化する手段とを備えることを特徴とする。
【０００９】
本発明による部品モデル生成方法は、一次元流体解析されている配管に他の連通路を接続するに際し、該配管と該他の連通路との接続開口部の断面形状部品モデルを、該接続開口部を通過する流体の圧力損失が予め設定した値となるように生成するものにおいて、上記接続開口部を通過する上記流体の上記圧力損失を、予め設定されている断面形状の部品モデルを組み合わせて解析し、次いで上記部品モデルを組み合わせて得られる圧力損失と予め設定した目標圧力損失とを比較し、該圧力損失が該目標圧力損失に最も近くなる上記部品モデルの組み合わせを演算し、その後演算した上記部品モデルの組み合わせに基づき上記接続開口部の断面形状部品をモデル化することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、三次元流体解析を用いることなく一次元流体解析において、異なる断面形状の開口を通過する際の圧力損失を、予めデータベース化されている部品モデルを用いて解析するようにしたので、演算が簡素化するばかりでなく、高い汎用性及び取扱性を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面に基づいて本発明の一形態を説明する。図１に部品モデル生成装置の機能ブロック図を示す。尚、以下においては、配管として燃料配管を例示して説明する。
【００１２】
部品モデル生成装置１は、ＲＯＭ，ＲＡＭ等のメモリ及びＣＰＵを有するマイクロコンピュータ等のコンピュータを主体に構成されており、後述する各処理部１２，１４の機能を実現するためのプログラムをメモリにロードして実行することにより部品モデル生成処理が実行される。
【００１３】
図１に示すように、部品モデル生成装置１は、入力側にキーボード、マウス等を含む入力装置２が接続され、出力側に液晶モニタ等の表示装置３が接続されている。又、部品モデル生成装置１は、形状モデル設定処理部１１、モデル解析処理部１２、部品モデルデータベース１３、及び表示処理部１４を備えている。
【００１４】
形状モデル設定処理部１１には、燃料配管２０（図３(a)参照）を構成する各部品を一次元流体解析して得られた形状モデルが読込まれている。尚、この各形状モデルデータは、予め作成されているＣＡＤデータ等に基づいて生成されるものであり、図示しないＬＡＮ等の通信手段を介して外部記憶装置（図示せず）から読込まれる。或いは、部品モデル生成装置１にてＣＡＤデータを読込み、この部品モデル生成装置１に内蔵されている一次元流体解析プログラムを用いて各形状データを生成するようにしても良い。尚、図３（ａ）に示すように、燃料配管２０を構成する主要な部品としては、フューエルダンパ２１、プレッシャレギュレータ２２、インジェクタ２３、及び燃料管路２４がある。
【００１５】
本形態による一次元流体解析は、プレッシャレギュレータ２２とインジェクタ２３との間の区間の燃料管路２４で行う。又、燃料管路２４はパイプやホースなどをつなぎ合わせて形成されており、これらの部品（パイプやホース）毎に形状データが生成されている。更に、燃料管路２４内に発生する燃料脈動を最も効率よく減衰させることのできる部位は特定されており、その部位にフューエルダンパ２１をＴ字状に接続するものとする。ところで、フューエルダンパ２１は、燃料の圧力変動を低減するために燃料管路２４に取付けるものであり、図４（ａ）に示すように、燃料管路２４との接続開口部であるオリフィス２１ａを経て、連通路としてのダンパ室２１ｂに流入した燃料が、ある圧力以上になると、ダイヤフラム２１ｃをダイヤフラムスプリング２１ｄの付勢力に抗して押し上げ、燃料管路２４を流れる燃料の流量が調整される。
【００１６】
モデル解析処理部１２は、燃料管路２４にフューエルダンパ２１を接続する際の、オリフィス２１ａの断面形状部品モデルを設定する。すなわち、オリフィス２１ａを通過する際の燃料の流動抵抗Ｒは、燃料の流量Ｑを一定とした場合、オリフィス２１ａの断面形状に基づいて変化する。従って、流動抵抗Ｒを燃料の流量Ｑ毎に求めることで圧力損失ΔＰをモデル化することができる。
【００１７】
モデル解析処理部１２では、形状モデル設定処理部１１で設定した燃料配管２０の形状モデルデータに、部品モデルデータベース１３に格納されている、予め設定された断面形状の部品モデルデータを１或いは複数組み合わせて、オリフィス２１ａの断面形状部品モデルを生成する。尚、モデル解析処理部１２で実行されるオリフィス２１ａの断面形状部品モデルを生成する処理については後述する。
【００１８】
部品モデルデータベース１３は部品モデルデータを記憶するデータベースであり、ハードディスク装置や光磁気ディスク装置、フラッシュメモリ等の書き込み可能な不揮発性記録媒体で構成されている。部品モデルデータベース１３に格納されている部品モデルデータは、予め設定されている断面形状（本形態では、単純な形状である円形断面形状）の部品モデル（以下、「円形断面形状部品モデル」と称する）２１ａ’のデータと、モデル解析処理部１２で生成した、オリフィス２１ａの長孔断面形状部品モデルデータとがある。
【００１９】
モデル解析処理部１２は、部品モデルデータベース１３から円形断面形状部品モデル２１ａ’を読込み、この円形断面形状部品モデル２１ａ’の数を増減させ、そのときの圧力損失の変化からオリフィス２１ａの最適な断面積を設定し、この断面積に対応する断面形状の部品モデルデータを部品モデルデータベース１３に登録する。尚、円形断面形状部品モデル２１ａ’は、既にデータベース化されている断面形状に起因するデータ（流量Ｑに対応する流動抵抗Ｒなど）を有しており、部品モデルデータベース１３には、１種類、或いは異なる半径を有する複数種類の円形断面形状部品モデル２１ａ’が格納されている。
【００２０】
表示処理部１４は、解析処理を実行している際の制御画像や作業画像等の表示画像を表示装置３へ出力する。尚、制御画像には、形状モデル設定処理部１１で実行可能な部品データの読込みを実行するメニュー画像と、モデル解析処理部１２で実行可能な解析処理を選択するメニュー画像とが含まれる。作業画像は、各メニュー画像において選択された内容の画像を作成して表示する。
【００２１】
表示処理部１４は、モデル解析処理部１２で設定した条件に対応する一次元モデル画像を表示装置３に表示させる。
【００２２】
上述したモデル解析処理部１２で実行される一次元流体解析は、具体的には、図２に示す一次元流体解析ルーチンに従って処理される。
【００２３】
このルーチンでは、先ず、ステップＳ１で、形状モデル設定処理部１１で読込んだ、解析対象となる燃料配管２０の形状モデルデータを、表示装置３に表示されているメニュー画面をキーボード、マウスなどの入力装置２を操作することで読込む。すると、表示装置３に、図３（ｂ）に示すような燃料配管２０の形状モデルが表示される。
【００２４】
尚、符号２１ａ’は、燃料管路２４上に設定される円形断面形状部品モデルであり、図５（ａ）に示すように、１つの円形断面形状部品モデル２１ａ’が１つの円形断面形状に相当する。又、この円形断面形状部品モデル２１ａ’は、フューエルダンパ２１のオリフィス２１ａの断面形状に相当するので、常にフューエルダンパ２１と一体に設定され、初期位置は、一次元流体解析により燃料管路２４内に発生する燃料脈動を最も効率よく減衰させることのできる部位に自動的に設定される。
【００２５】
次いで、ステップＳ２へ進むと、入力装置２を操作して、フューエルダンパ２１を燃料管路２４に沿って移動させて、その取付け位置を設定する。尚、上述したように、円形断面形状部品モデル２１ａ’の初期位置は、燃料脈動を最も効率よく減衰させることのできる部位に設定されているため、フューエルダンパ２１の取付け位置を変更する必要がない場合は、入力装置２からその旨の指令を出力することで、プログラムはそのままステップＳ３へ進む。
【００２６】
ステップＳ３では、今回使用するフューエルダンパ２１の周波数特性（ダンパ周波数特性）を、フューエルダンパ２１の型番などの固有情報を入力することで設定する。尚、このような固有情報が無い場合は、周波数特性値を直接入力する。
【００２７】
次いで、ステップＳ４へ進み、燃料管路２４内で発生する脈動成分の中で減衰させたい周波数帯の目標値（以下、「目標減衰周波数帯」と称する）αを設定する。この目標減衰周波数帯αは任意に設定することができる。例えば、静粛性を確保するには、脈動成分の中で搭乗者が耳障りと感じる周波数帯（100〜250Hz）を目標減衰周波数帯αとして設定する。本形態では、目標減衰周波数帯αを200Hzに設定している。
【００２８】
その後、ステップＳ５へ進み、部品モデルデータベース１３から円形断面形状部品モデル２１ａ’を読込む。部品モデルデータベース１３に複数種類の円形断面形状部品モデル２１ａ’が格納されている場合は、燃料管路２４の径に応じて、１つの円形断面形状部品モデル２１ａ’を選択して読込む。
【００２９】
次いで、ステップＳ６へ進み、円形断面形状部品モデル２１ａ’で設定されている、流量Ｑ毎の流動抵抗Ｒに基づいて設定される圧力損失と、ダンパ周波数特性との関係から、脈動成分の中で、減衰する周波数帯（以下、「減衰周波数帯」と称する）βを演算する。
【００３０】
そして、ステップＳ７へ進み、目標減衰周波数帯αと減衰周波数帯βとを比較し、両周波数帯α，βの差分（｜α−β｜）が設定周波数範囲Δａに収まっているか否かを調べる。そして、設定周波数範囲Δａから外れている場合は（｜α−β｜＞Δａ）、ステップＳ８へ分岐し、ステップＳ５で読込んだ円形断面形状部品モデル２１ａ’を燃料管路２４に１つ追加し、ステップＳ６へ戻る。図５（ｂ）には、円形断面形状部品モデル２１ａ’を燃料管路２４に３個設定した状態が示されている。このときの円形断面形状部品モデル２１ａ’の総断面積Ａ１は、１つの円形断面形状部品モデル２１ａ’の断面積をＡ２とした場合、当然、Ａ１＝３・Ａ２となる。
【００３１】
そして、ステップＳ６へ戻ると、追加した円形断面形状部品モデル２１ａ’により設定される流動抵抗Ｒを、前回までに算出した流動抵抗Ｒ(n-1)に加算して、今回の流動抵抗Ｒを算出する（Ｒ←Ｒ(n-)＋Ｒ）。そして、今回算出した流動抵抗Ｒにて設定される圧力損失とダンパ周波数特性との関係から、減衰周波数帯βを新たに算出する。
【００３２】
その後、ステップＳ７へ進み、周波数帯α，βの差分（｜α−β｜）が設定周波数範囲Δａに収まったか否かを調べる。燃料管路２４にオリフィス２１ａを介してフューエルダンパ２１を取付けると、オリフィス２１ａの流動抵抗とフューエルダンパ２１のダンパ周波数特性との関係から、脈動成分の中の何れかの周波数帯が減衰することは解明されている。又、実験によれば、オリフィス２１ａの断面積が大きくなるに従い、ある一定範囲内での断面積の変化であれば減衰される周波数帯が高周波数帯側へシフトすることが明らかになった。
【００３３】
本形態では、図７（ａ）に一点鎖線で示すように、最小個数の円形断面形状部品モデル２１ａ’を燃料管路２４に設定して、燃料脈動の圧力分布特性から減衰周波数帯βを調べる（図ではβ≒150Hz）。そして、減衰周波数帯βと目標減衰周波数帯αを比較し、その差分が設定周波数範囲Δａ以下のときは、更に円形断面形状部品モデル２１ａ’を加算する。すると、図７（ａ）に実線で示すように、減衰周波数帯βが高周波数帯側へスライドするため、再び、減衰周波数帯βと目標減衰周波数帯αを比較し、その差分が設定周波数範囲Δａに収まるまで繰り返す。尚、図７（ａ）に実線で示す周波数特性は、円形断面形状部品モデル２１ａ’を３個設置したときの状態が示されている。
【００３４】
このようにして円形断面形状部品モデル２１ａ’を追加する毎に、減衰周波数帯βと目標減衰周波数帯αとを比較する。そして、減衰周波数帯βと目標減衰周波数帯αとの差分が設定周波数範囲Δａに収まったとき（｜α−β｜≦Δａ）、ステップＳ９へ進む。
【００３５】
ステップＳ９では、円形断面形状部品モデル２１ａ’の個数分の断面積（総断面積Ａ１）でオリフィス２１ａの断面積を設定して、ルーチンを抜ける。尚、この場合、円形断面形状部品モデル２１ａ’の加算の回数が所定回数（例えば１０回）に達しても、未だ差分（｜α−β｜）が設定周波数範囲Δａに収まらないときは、円形断面形状部品モデル２１ａ’の加算を停止し、前回までの差分（｜α−β｜）の履歴を参照して、この差分（｜α−β｜）が最小値を示したときの円形断面形状部品モデル２１ａ’の個数で、オリフィス２１ａの断面積を設定する。或いは、今回の演算を中止する。
【００３６】
その結果、１つのオリフィス２１ａの断面積は、円形断面形状部品モデル２１ａ’を複数組み合わせたときの総断面積Ａ１で設定することになる。すなわち、図６に示すように、本形態では、オリフィス２１ａの断面積と、円形断面形状部品モデル２１ａ’を複数組み合わせたときの総断面積Ａ１とが等しい場合、圧力損失は等価であると考え、１つのオリフィス２１ａを、それと等価の総断面積となる複数の円形断面形状部品モデル２１ａ’でモデル化したものである。例えば１つの円形断面形状部品モデル２１ａ’の断面積Ａ２が６[mm2]である場合、断面積が１８[mm2]のオリフィス２１ａは、その面積比から３個の円形断面形状部品モデル２１ａ’を組み合わせた場合と圧力損失が等価であると見なす。
【００３７】
図７（ｂ）に燃料管路２４内に発生する燃料脈動の実測値を示す。ここで、実線は燃料管路２４に、今回の演算で求められたオリフィス２１ａの断面積に相当する長孔（図４(b)参照）を穿設してフューエルダンパ２１を取付けたときの燃料脈動の、フューエルダンパ２１の直下流の燃料管路２４に配設した圧力センサによる計測値であり、一点鎖線はオリフィスが穿設されていない状態、すなわちフューエルダンパが取付けられてない状態の燃料脈動の計測値である。同図の実線で示す特性からも明らかなように、図７（ａ）で示したシミュレーション結果は、実測値とほほ同等であることが実証されている。
【００３８】
このように、本形態では、既にデータベース化されている円形断面形状部品モデル２１ａ’を使用し、それを組み合わせることで、長孔断面形状のオリフィス２１ａの部品モデルを生成するようにしたので、オリフィス２１ａの長孔断面形状毎に部品モデルを予めデータベース化しておく必要が無く、演算の簡素化、高い汎用性及び取扱性を得ることができる。又、オリフィス２１ａを通過する際の流体の圧力損失を、実験や三次元流体解析を行うことなく、一次元流体解析において求めることが出来るので、演算のより一層の簡素化が実現でき、良好な取扱性を得ることが出来る。
【００３９】
尚、上述した形態では、フューエルダンパ２１のオリフィス２１ａを形成する際の長孔断面形状部品モデルを生成する場合について例示したが、本発明は、これに限定されず、例えば、生成する部品モデルは、他の連通路としてのＴ字管を用い、このＴ字管を燃料管路２４に接続し、その接続部に穿設される接続開口部の圧力損失を求める場合にも適用できる。又、接続開口は長孔断面形状に限定されず、所定曲率を有する円弧状の長孔断面形状や、円形断面形状部品モデル２１ａ’の断面積Ａ２よりも大きな断面積を有する円形断面形状部品モデルを生成する場合にも適用することが出来る。更に、配管は燃料配管２０に限らず、吸気管、或いは排気管などであっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】部品モデル生成装置の機能ブロック図
【図２】一次元流体解析ルーチンを示すフローチャート
【図３】（ａ）は燃料配管の概略図、（ｂ）は表示装置に表示される燃料配管の形状モデルの説明図
【図４】（ａ）は燃料管路にフューエルダンパを取付けた状態の断面図、（ｂ）は燃料管路にオリフィスを穿設した状態を示す（ａ）の底面断面図
【図５】（ａ）は１つの円形断面形状部品モデルの断面形状と表示装置に表示する形状モデルとの関係を示す説明図、（ｂ）は３個の円形断面形状部品モデルの断面形状と、それを表示装置に表示したときの形状モデルとの関係を示す説明図
【図６】円形断面形状部品モデルの総断面積とオリフィスの断面積とが等価であることを示す説明図
【図７】（ａ）はシミュレーションにより得られた燃料脈動の周波数特性を示す図表、（ｂ）は実測により得られた燃料脈動の周波数特性を示す図表
【符号の説明】
【００４１】
１ 部品モデル生成装置、
２ 入力装置、
１１ 形状モデル設定処理部、
１２ モデル解析処理部、
１３ 部品モデルデータベース、
１４ 表示処理部、
２０ 燃料配管、
２１ フューエルダンパ、
２１ａ オリフィス、
２１ａ’ 円形断面形状部品モデル、
２４ 燃料管路、
ΔＰ 圧力損失、
Δａ 設定周波数範囲、
α 目標減衰周波数帯、
β 減衰周波数帯、
Ａ１ 総断面積、
Ａ２ 断面積、
Ｑ 流量、
Ｒ 流動抵抗
【図１】
2007047870.tif 000003
【図２】
2007047870.tif 000004
【図３】
2007047870.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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