(57)【要約】【課題】短い解析時間で精度の高い解析結果を得ることが出来るエンジン性能の予測解析システム等を提供する。【解決手段】本発明は、エンジンの吸排気の流れを１次元及び３次元のＣＦＤ解析モデルを用いて解析するＣＦＤ解析プログラムを有するエンジン性能の予測解析システム(1)であって、１次元のＣＦＤ解析モデルを生成する１次元解析モデル生成手段(8)と、作業者による解析目的の入力を受け付ける解析目的入力手段(10)と、解析目的に応じて生成された１次元ＣＦＤ解析モデルの一部を３次元モデル化する部分として設定する３次元化部分設定手段(12)と、この設定された部分を３次元モデル化する３次元部分モデル生成手段(14)と、この３次元モデル化された部分及び残りの１次元モデルの部分により構成される解析実行用ＣＦＤ解析モデルを用いてＣＦＤ解析プログラムにより解析を実行する解析実行手段(16)と、を有する。【選択図】図１
2007164437.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの吸排気の流れを１次元及び３次元のＣＦＤ解析モデルを用いて解析するＣＦＤ解析プログラムを有するエンジン性能の予測解析システムであって、
作業者の入力に基づいて１次元のＣＦＤ解析モデルを生成する１次元解析モデル生成手段と、
作業者による解析目的の入力を受け付ける解析目的入力手段と、
この入力された解析目的に応じて上記生成された１次元ＣＦＤ解析モデルの一部を３次元モデル化する部分として設定する３次元化部分設定手段と、
この設定された部分を３次元モデル化する３次元部分モデル生成手段と、
この３次元モデル化された部分及び残りの１次元モデルの部分により構成される解析実行用ＣＦＤ解析モデルを用いて上記ＣＦＤ解析プログラムにより解析を実行する解析実行手段と、
を有することを特徴とするエンジン性能の予測解析システム。
【請求項２】
さらに、解析条件としてエンジン運転条件の作業者による入力を受け付ける運転条件入力手段を有し、
上記３次元化部分設定手段は、この入力されたエンジン運転条件及び上記入力された解析目的の両方に応じて、上記生成された３次元モデル化する部分を設定する請求項１記載のエンジン性能の予測解析システム。
【請求項３】
上記解析目的は、少なくともエンジン出力予測を含み、
上記エンジン運転条件は、少なくともエンジン回転数を含み、
上記解析目的としてエンジン出力予測が入力され且つ上記エンジン運転条件としてエンジン回転数が入力された場合、上記３次元モデル化する部分は、上記入力されたエンジン回転数に応じて異なる請求項２記載のエンジン性能の予測解析システム。
【請求項４】
上記解析目的は、少なくともエンジン出力予測を含み、
上記エンジン運転条件は、少なくともエンジン回転数を含み、
上記３次元化部分設定手段は、上記入力された解析目的がエンジン出力予測であり且つ上記入力されたエンジン運転条件が低回転のエンジン回転数である場合、吸気ポートを３次元モデル化する部分として設定し、上記入力された解析目的がエンジン出力予測であり且つ上記入力されたエンジン運転条件が高回転のエンジン回転数である場合、吸気マニホルドを３次元モデル化する部分として設定する請求項２に記載のエンジン性能の予測解析システム。
【請求項５】
上記解析目的は、少なくとも吸気音予測を含み、
上記３次元化部分設定手段は、上記入力された解析目的が吸気音予測である場合、フレッシュエアダクトを３次元モデル化する部分として設定する請求項１記載のエンジン性能の予測解析システム。
【請求項６】
上記解析目的入力手段は、解析目的として少なくともエンジン出力予測或いは吸気音予測を作業者に選択させる請求項１記載のエンジン性能の予測解析システム。
【請求項７】
さらに、上記生成された１次元ＣＦＤ解析モデルにおける３次元モデル化する部分を作業者に入力させる３次元化部分入力手段と、
上記３次元化部分設定手段及び上記３次元化部分入力手段を作業者の入力により切り換える切換手段と、を有する請求項１記載のエンジン性能の予測解析システム。
【請求項８】
上記３次元部分モデル生成手段は、上記設定された３次元モデル化する部分が形状の異なる複数の部品で構成される場合、作業者の入力により設定された各部品毎の諸元値に基づいてそれらの部品毎に３次元部品モデルを複数生成し、さらに、生成された３次元部品モデルを互いに結合して、上記３次元化部分設定手段により設定された部分を３次元モデル化する請求項１記載のエンジン性能のエンジン性能の予測解析システム。
【請求項９】
上記３次元部分モデル生成手段は、上記複数の３次元部品モデルの結合箇所において各３次元部品モデルの大きさが互いに異なる場合、各３次元部品モデルの互いの結合位置を上記吸排気の流れの抵抗が少ない位置に調整して結合する請求項８記載のエンジン性能の予測解析システム。
【請求項１０】
上記３次元部分モデル生成手段は、上記複数の３次元部品モデルの結合箇所において各３次元部品モデルの大きさが互いに異なる場合、各３次元部品モデルの結合箇所にフィレットを生成する請求項８記載のエンジン性能の予測解析システム。
【請求項１１】
エンジンの吸排気の流れを１次元及び３次元のＣＦＤ解析モデルを用いて解析するＣＦＤ解析プログラムを有する解析用コンピュータによるエンジン性能の予測解析方法であって、
作業者の入力に基づいて１次元のＣＦＤ解析モデルを生成する１次元解析モデル生成工程と、
作業者による解析目的の入力を受け付ける解析目的入力工程と、
この入力された解析目的に応じて上記生成された１次元ＣＦＤ解析モデルの一部を３次元モデル化する部分として設定する３次元化部分設定工程と、
この設定された部分を３次元モデル化する３次元部分モデル生成工程と、
この３次元モデル化された部分及び残りの１次元モデルの部分により構成される解析実行用ＣＦＤ解析モデルを用いて上記ＣＦＤ解析プログラムにより解析を実行する解析実行工程と、
を有することを特徴とするエンジン性能の予測解析方法。
【請求項１２】
エンジンの吸排気の流れを１次元及び３次元のＣＦＤ解析モデルを用いて解析するＣＦＤ解析プログラムを有する解析用コンピュータのためのエンジン性能の予測解析プログラムであって、
作業者の入力に基づいて１次元のＣＦＤ解析モデルを生成させ、作業者による解析目的の入力を受け付けさせ、この入力された解析目的に応じて上記生成された１次元ＣＦＤ解析モデルの一部を３次元モデル化する部分として設定させ、この設定された部分を３次元モデル化させ、この３次元モデル化された部分及び残りの１次元モデルの部分により構成される解析実行用ＣＦＤ解析モデルを用いて上記ＣＦＤ解析プログラムにより解析を実行させるように上記解析用コンピュータを制御するエンジン性能の予測解析プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジン性能の予測解析システム等に係り、特に、エンジンの吸排気の流れを１次元及び３次元のＣＦＤ解析モデルを用いて解析するＣＦＤ解析プログラムを有するエンジン性能の予測解析システム等に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、エンジンの吸排気の流れをＣＦＤ（Computational Fluid Dynamics）解析プログラムによりシミュレーション解析して、エンジン出力や吸気音などのエンジン性能を予測することが行われている。特許文献１には、３次元ＣＡＤデータに基づいて流体の流れを解析する流体解析システムが開示されている。
従来、このようなＣＦＤ解析によりエンジン性能を予測することで、試作や実験の繰り返しに費やされる開発工数を削減して、開発・設計の期間の短縮を図ることが行われている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２１６６６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、ＣＦＤ解析プログラムには、一次元及び三次元の解析モデルを解析可能なものがある。
基本的に管と容器で表された一次元のエンジンモデルは、圧力脈動を予測することが出来且つトルクの予測が実用精度で検討出来、さらに、計算時間が短いため、エンジン開発の初期など、エンジンの概略を検討する場合には必須とされている。
一方、三次元のエンジンモデルによれば、圧力脈動やトルクについてより解析誤差の少ない精度の高い解析を行うことが出来るが、例えば、管の曲がり方を少し変えるだけでも、その３次元モデルを作成するのに非常に膨大な時間を要し、手軽に検討することには不向きである。さらに、従来は、エンジンの一部の形状を最適化したい場合であっても、エンジン全体を３次元モデル化して解析を行っていたので、解析を数多く行うには膨大な時間がかかり、３次元モデルによる形状等の最適化が難しかった。従って、従来は、そのような最適化を実験や試作に頼ることが多く、開発・設計の期間の短縮を図ることが難しかった。
【０００５】
そこで、本発明は、上述した従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、短い解析時間で精度の高い解析結果を得ることが出来るエンジン性能の予測解析システム等を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するために本発明は、エンジンの吸排気の流れを１次元及び３次元のＣＦＤ解析モデルを用いて解析するＣＦＤ解析プログラムを有するエンジン性能の予測解析システムであって、作業者の入力に基づいて１次元のＣＦＤ解析モデルを生成する１次元解析モデル生成手段と、作業者による解析目的の入力を受け付ける解析目的入力手段と、この入力された解析目的に応じて生成された１次元ＣＦＤ解析モデルの一部を３次元モデル化する部分として設定する３次元化部分設定手段と、この設定された部分を３次元モデル化する３次元部分モデル生成手段と、この３次元モデル化された部分及び残りの１次元モデルの部分により構成される解析実行用ＣＦＤ解析モデルを用いてＣＦＤ解析プログラムにより解析を実行する解析実行手段と、を有することを特徴としている。
このように構成された本発明においては、解析目的に応じて１次元ＣＦＤ解析モデルの一部を３次元モデル化する部分として設定し、この設定された部分を３次元モデル化するので、解析目的により異なる、解析結果に大きな影響を与える部分のみを３次元化することが出来、その結果、解析目的に応じて解析誤差の少ないＣＦＤ解析モデルを生成することが出来る。さらに、本発明によれば、その３次元モデル化された部分及び残りの１次元モデルの部分により構成される解析実行用ＣＦＤ解析モデルを用いて解析を実行するので、解析モデルをすべて１次元化した場合よりも解析誤差を大幅に低減すると共に解析モデルをすべて３次元化した場合よりも解析時間を大幅に短縮することが出来る。これらの結果、短い解析時間で精度の高い解析結果を得ることが出来る。
【０００７】
また、本発明において、好ましくは、さらに、解析条件としてエンジン運転条件の作業者による入力を受け付ける運転条件入力手段を有し、３次元化部分設定手段は、この入力されたエンジン運転条件及び入力された解析目的の両方に応じて、生成された３次元モデル化する部分を設定する。
このように構成された本発明においては、エンジン運転条件及び解析目的の両方に応じて３次元モデル化する部分を設定するので、解析目的に加え、エンジン運転条件によっても異なる、解析結果に大きな影響を与える部分を３次元化することが出来るので、より確実に解析誤差を低減することが出来る。
【０００８】
また、本発明において、好ましくは、解析目的は、少なくともエンジン出力予測を含み、エンジン運転条件は、少なくともエンジン回転数を含み、解析目的としてエンジン出力予測が入力され且つエンジン運転条件としてエンジン回転数が入力された場合、３次元モデル化する部分は、入力されたエンジン回転数に応じて異なる。
このように構成された本発明においては、エンジン運転条件及び解析目的の両方に応じて３次元モデル化する部分を設定するので、エンジン出力予測をする場合でも、エンジン回転数によって異なる、解析結果に大きな影響を与える部分を３次元化することが出来るので、より確実に解析誤差を低減することが出来る。
【０００９】
また、本発明において、好ましくは、解析目的は、少なくともエンジン出力予測を含み、エンジン運転条件は、少なくともエンジン回転数を含み、３次元化部分設定手段は、入力された解析目的がエンジン出力予測であり且つ入力されたエンジン運転条件が低回転のエンジン回転数である場合、吸気ポートを３次元モデル化する部分として設定し、入力された解析目的がエンジン出力予測であり且つ入力されたエンジン運転条件が高回転のエンジン回転数である場合、吸気マニホルドを３次元モデル化する部分として設定する。
このように構成された本発明においては、燃焼室の乱れを考慮すべきであるエンジン低回転時に吸気ポートを３次元モデル化し、吸気慣性効果を考慮すべきであるエンジン高回転時に吸気マニホルドを３次元モデル化するので、より確実に解析誤差を低減することが出来る。
【００１０】
また、本発明において、好ましくは、解析目的は、少なくとも吸気音予測を含み、３次元化部分設定手段は、入力された解析目的が吸気音予測である場合、フレッシュエアダクトを３次元モデル化する部分として設定する。
このように構成された本発明においては、吸気音に大きな影響を与えるフレッシュエアダクトを３次元モデル化するので、より確実に解析誤差を低減することが出来る。
【００１１】
また、本発明において、好ましくは、解析目的入力手段は、解析目的として少なくともエンジン出力予測或いは吸気音予測を作業者に選択させる。
【００１２】
また、本発明において、好ましくは、さらに、生成された１次元ＣＦＤ解析モデルにおける３次元モデル化する部分を作業者に入力させる３次元化部分入力手段と、３次元化部分設定手段及び３次元化部分入力手段を作業者の入力により切り換える切換手段と、を有する。
このように構成された本発明においては、例えば、自動で設定される場合よりも多くの３次元化部分を作業者が入力することも可能であり、必要に応じて解析精度をさらに高めることが出来る。
【００１３】
また、本発明において、好ましくは、３次元部分モデル生成手段は、設定された３次元モデル化する部分が形状の異なる複数の部品（直管や曲がり管などのモデルタイプ）で構成される場合、作業者の入力により設定された各部品毎の諸元値に基づいてそれらの部品毎に３次元部品モデルを複数生成し、さらに、生成された３次元部品モデルを互いに結合して、３次元化部分設定手段により設定された部分を３次元モデル化する。
このように構成された本発明においては、３次元化する部分が全体として複雑な形状となっている場合でも、より確実に３次元化することが出来る。
【００１４】
また、本発明において、好ましくは、３次元部分モデル生成手段は、複数の３次元部品モデルの結合箇所において各３次元部品モデルの大きさが互いに異なる場合、各３次元部品モデルの互いの結合位置を吸排気の流れの抵抗が少ない位置に調整して結合する。
このように構成された本発明においては、より現実のエンジン形状に近い形状を得ることが出来、解析結果を有効に活用することが出来る。
【００１５】
また、本発明において、好ましくは、３次元部分モデル生成手段は、複数の３次元部品モデルの結合箇所において各３次元部品モデルの大きさが互いに異なる場合、各３次元部品モデルの結合箇所にフィレットを生成する。
このように構成された本発明においては、より現実のエンジン形状に近い形状を得ることが出来、解析結果を有効に活用することが出来る。
【００１６】
また、上記の目的を達成するために本発明は、エンジンの吸排気の流れを１次元及び３次元のＣＦＤ解析モデルを用いて解析するＣＦＤ解析プログラムを有する解析用コンピュータによるエンジン性能の予測解析方法であって、作業者の入力に基づいて１次元のＣＦＤ解析モデルを生成する１次元解析モデル生成工程と、作業者による解析目的の入力を受け付ける解析目的入力工程と、この入力された解析目的に応じて、生成された１次元ＣＦＤ解析モデルにおける３次元モデル化する部分を設定する３次元化部分設定工程と、この設定された部分を３次元モデル化する３次元部分モデル生成工程と、この３次元モデル化された部分及び残りの１次元モデルの部分により構成される解析実行用ＣＦＤ解析モデルを用いてＣＦＤ解析プログラムにより解析を実行する解析実行工程と、を有することを特徴としている。
【００１７】
また、上記の目的を達成するために本発明によるエンジン性能の予測解析プログラムは、エンジンの吸排気の流れを１次元及び３次元のＣＦＤ解析モデルを用いて解析するＣＦＤ解析プログラムを有する解析用コンピュータのためのエンジン性能の予測解析プログラムであって、作業者の入力に基づいて１次元のＣＦＤ解析モデルを生成させ、作業者による解析目的の入力を受け付けさせ、この入力された解析目的に応じて、生成された１次元ＣＦＤ解析モデルにおける３次元モデル化する部分を設定させ、この設定された部分を３次元モデル化させ、この３次元モデル化された部分及び残りの１次元モデルの部分により構成される解析実行用ＣＦＤ解析モデルを用いてＣＦＤ解析プログラムにより解析を実行させるように解析用コンピュータを制御する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によるエンジン性能の予測解析システム等によれば、短い解析時間で精度の高い解析結果を得ることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態を添付図面を参照して説明する。
先ず、本発明の実施形態によるエンジン性能の解析システムの主な構成について説明する。図１は、本発明の実施形態によるエンジン性能の解析システムの概略構成図である。
このシステムは、主にエンジンの吸気や排気の流れを１次元及び３次元のＣＦＤ演算が可能なＣＦＤ解析プログラムにより解析して、エンジン性能、例えば、出力（トルク）、吸気音、排気音、燃費、エミッションなどを予測するためのものである。本発明の実施形態による解析システムは、主に、或る１次元のエンジンモデルにおいて、解析目的とするエンジン性能（解析により予測しようとするエンジン出力や吸気音などの性能）に大きく影響を及ぼす部分を３次元モデル化してＣＦＤ解析を行うものである。
【００２０】
図１に示すように、解析システム１は、ＣＦＤ解析システム２及びＣＡＤシステム４を有する。ＣＦＤ解析システム２のコンピュータ６には、その記憶装置（図示せず）或いはメモリ（図示せず）に、予測解析プログラムが格納されている。この予測解析プログラムは、主に、１次元モデル生成プログラム８、プリプロセスプログラム１０、３次元化部分設定プログラム１２、３次元モデル化プログラム１４及びＣＦＤ解析プログラム１６を有している。
【００２１】
１次元モデル生成プログラム８は、モデルデータベース１８に格納されたデータを使用して、作業者にエンジンの解析モデルを構築させると共にエンジンの各諸元の数値やメッシュ数を設定して１次元のＣＦＤ解析モデルを生成するためのプログラムである。
モデルデータベース１８には、１次元解析モデルの作成に使用する複数の１次元モデル要素が格納されている。モデル要素は、「管」、「容器」、「閉止端」、「開放端」、「分岐管」、「シリンダ」、「レゾネータ」等に分類される。各モデル要素は、その寸法及び角度等の形状を規定する諸元に加え、抵抗損失や熱伝導率等の吸気或いは排気の流れに影響を与える特性に関する諸元を設定可能なモデルである。
【００２２】
図２には、１次元モデル要素により、レゾネータ（ｉ１６、ｖ２）、エアクリーナ（ｖ１）、サージタンク（ｉ９〜ｉ１１）、吸気通路（ｉ５〜ｉ８、ｉ１２、ｉ１３）、吸気ポート（ｉ１〜ｉ４）、排気ポート（ｅ１７〜ｅ２０）、排気マニホルド（ｅ２１〜ｅ２７）、キャタリスト（ｅ２８）が表現された１次元解析モデルの例が示されている。ここで、図２に示すエンジンモデルでは、ｉ１〜ｉ１６、ｅ１７〜ｅ２８は、「管」のモデルであり、ｖ１及びｖ２は、「容器」のモデルであり、ｃ１〜ｃ４は、「シリンダ」のモデルである。他に、スロットル弁や、ＥＧＲ通路等を形成することや、サージタンクを容器のモデルで表現すること等も可能である。なお、モデルデータベース１８には、過去に生成された解析モデルも格納されている。
【００２３】
次に、プリプロセスプログラム１０は、主に、ＣＦＤ解析プログラム１６による解析の前処理を行うプログラムであり、作業者による解析目的及び運転条件の入力、モデル生成プログラム８、３次元化部分設定プログラム１２及び３次元モデル化プログラム１４による処理等の一連の処理を統括する機能を有する。
【００２４】
次に、３次元化部分設定プログラム１２は、３次元化部分データベース２０に格納されたデータに基づいて、１次元解析モデルにおいて３次元化する部分（３次元化部分）及びその部分のモデルタイプを設定するプログラムである。「部分」には、例えば、吸気管や吸気ポートなどのエンジン構成要素、そのような構成要素の一部、及び、それらの組み合わせが含まれる。「モデルタイプ」とは、真管、曲がり管、分岐管、ポートなどの特定の形状別に分類して規定したものである。「モデルタイプ」は、本発明において、モデル生成において組み合わせることが出来るモデル上の「部品」とも言う。
【００２５】
ここで、例えば、エンジン出力について解析結果を得ようとする場合と、吸気音について解析結果を得ようとする場合とでは、それぞれ、解析結果に大きな影響を及ぼす部分、特に、その部分の寸法や角度等の違いが解析結果に大きな影響を及ぼす部分が異なる。
本実施形態の３次元化部分データベース２０には、解析目的及び運転条件と、それらが解析結果に大きく影響を及ぼす部分とを対応付けた部分選択データが格納されている。このデータは、過去の多くの解析事例或いは得られている知見を基にデータベース化したものである。また、そのような部分と、上述したモデルタイプとを対応付けたモデルタイプ選択データも格納されている。
【００２６】
詳細には、先ず、３次元化部分データベース２０には、以下のような対応関係を有する部分選択データが格納されている。ここでは、３つの例を説明する。
（例１）解析目的が「エンジン出力予測」、運転条件が「エンジン回転数が低回転（例えば、４５００ｒｐｍ未満）」且つ「エンジン負荷が低負荷（例えば、４００ｍｍＨｇ未満）」の場合、３次元化部分は「ポート管」であること。これは、低回転・低負荷では、主に、燃焼室内の乱れが重要であるからである。
（例２）解析目的が「エンジン出力予測」、運転条件が「エンジン回転数が高回転（例えば、４５００ｒｐｍ以上）」且つ「エンジン負荷が高負荷（例えば、２５０ｍｍＨｇ以上）」の場合、３次元化部分は「インテークマニホルド」であること。これは、高回転・高負荷では、主に、空気の慣性効果が重要であるからである。
（例３）解析目的が「吸気音予測」の場合、３次元化部分は「フレッシュエアダクト」であること。
【００２７】
また、以下のようなモデルタイプ選択データが格納されている。同様に３つの例を説明する。
（例１）３次元化部分が「ポート管」である場合、モデルタイプは「ポート」であること。
（例２）３次元化部分が「インテークマニホルド」である場合、「直管」、「曲がり管」、「分岐管」のいずれか或いは組み合わせであること。
（例３）３次元化部分が、「フレッシュエアダクト」である場合、「直管」、「曲がり管」、「分岐管」、「レゾネータ（容器モデル）」のいずれか或いは組み合わせであること。
【００２８】
次に、３次元モデル化プログラム１４は、３次元化部分設定プログラム１２で設定した部分について、上述したモデルタイプに対応する３次元部品モデルを生成し、それらを結合して、３次元モデル化するプログラムである。また、この３次元モデル化プログラム１４は、ＣＡＤプログラム２６に３次元部品モデルの３次元形状データを生成させる機能を有する。また、３次元モデル化プログラム１４には、後述する３次元部品モデルの曲率から流体の流れを予測し、その予測した流れに応じて、３次元部品モデルの結合位置や結合方法を決定する機能も有している。
この３次元モデル化プログラム１４により、例えば、図３に示すような３次元モデル（３次元部品モデル）が生成される。この例は、排気ポート及び排気マニホルドの３次元モデルである。このような３次元モデル化された部分と残りの１次元モデルの部分とで、解析実行用のモデルが生成される。
【００２９】
次に、ＣＦＤ解析プログラム１６は、１次元及び３次元の両方を組み合わせた解析モデルのＣＦＤ解析が可能なプログラムである。
次に、ＣＡＤシステム４のコンピュータ２４には、ＣＡＤプログラム２６が格納されている。このＣＡＤプログラム２６は、機械設計や構造解析のための汎用ＣＡＤプログラムである。設計データベース２８には、種々のエンジンの３次元ＣＡＤデータが格納されている。ＣＡＤプログラム２６は、その設計データベース２８から３次元ＣＡＤデータを読み込み、或いは、設計データベース２８にＣＡＤデータを格納する機能を有する。
【００３０】
なお、ＣＦＤ解析システム２のコンピュータ６は、３次元ＣＦＤの膨大な演算量にも対応出来るような高速のサーバコンピュータを複数台、並列に接続したもの（図示せず）が好ましく、さらに、コンピュータ６に、複数のクライアント端末（図示せず）をネットワークで接続して、作業者がそのような端末上で解析の操作を行えるようにしても良い。
【００３１】
次に、主に図４乃至図８により、本発明の実施形態の解析システムによる処理を説明する。図４は、解析システムの処理内容の流れを示すフローチャートであり、図５は、解析目的入力画面の一例を示す図であり、図６は、運転条件入力画面の一例を示す図であり、図７は、モデルタイプ別の諸元入力画面の一例として曲がり管の諸元入力画面を示す図であり、図８は、３次元化モデル部分の形状及び諸元を表示する画面の一例を示す図である。なお、図４における「Ｓ」は、各ステップを示している。
【００３２】
先ず、図４に示すように、Ｓ１において、１次元モデル生成プログラム８（図１参照）による１次元解析モデル（ベースモデル）の生成を行う。
具体的には、プログラム８は、モデル構築画面（図示せず）を表示し、作業者に１次元解析モデルの構築をさせる。作業者による解析モデルの構築は、その画面上で、モデルデータベース１８に格納された上述した１次元モデル要素を適宜選択すると共に配置し、それらを接続して行われる。このＳ１では、このような作業を受け付けて、例えば図２に示すようなモデル構成の１次元解析モデルを生成する。
【００３３】
また、プログラム８は、諸元等入力画面（図示せず）を表示し、寸法や角度等のエンジンの形状を規定する諸元の値、抵抗損失や熱伝導率等の吸排気の流れに影響を与える特性に関する諸元の値、管の端部の圧力や温度等の境界条件に関する諸元の値、及び、メッシュ数の作業者による入力を受け付ける。なお、エンジンの形状を規定する諸元の値としてＣＡＤデータを設計データベース２８から自動的に読み込むようにしても良い。
【００３４】
このＳ１では、これらの諸元値やメッシュ数のデータと、１次元モデル要素によるモデル構成を規定するデータとにより、解析の実行が可能な１次元解析モデル（１次元のベースモデル）を生成する。さらに、この生成した解析モデルを、モデルデータベース１８に格納する。なお、Ｓ１において、モデルデータベース１８に格納されている、過去に生成された解析モデルを読み込み、或いは、読み込んだモデルの修正により、解析モデルを生成しても良い。
【００３５】
次に、Ｓ２において、プリプロセスプログラム１０（図１参照）が、図５に示すような入力画面を表示し、作業者による解析目的の入力を受け付ける。本実施形態では、作業者にエンジン出力予測や吸気音予測などの解析目的を１つ選択させるようになっている。本実施形態では、各解析目的において、例えば体積効率のみを考慮、など、計算手法も選択出来るようになっている。なお、燃費やエミッションなどの解析目的を選択可能にしても良い。
【００３６】
次に、Ｓ３において、プリプロセスプログラム１０が、図６に示すような入力画面を表示し、運転条件の作業者による入力を受け付ける。本実施形態では、運転条件としてエンジン回転数及びエンジン負荷の数値を入力させるようになっている。なお、数値は、幅を持った値でも良い。なお、Ｓ４では、予め運転条件のいくつかのパターンを規定したデータに基づき、運転条件を自動的に設定するようにしても良い。
【００３７】
次に、Ｓ４において、３次元化部分設定プログラム１２が、３次元化部分を自動で設定するか、３次元化部分を作業者の入力により手動で行うかの選択画面（図示せず）を表示し、作業者にいずれかを選択させる。
Ｓ４において、自動設定が選択されると、Ｓ５に進み、３次元化部分設定プログラム１２が、３次元化部分データベース２０に格納された部分選択データを参照し、Ｓ２で入力された解析目的及び／又はＳ３で入力された運転条件に対応する３次元化部分を選択し、自動で設定する。
【００３８】
例えば、Ｓ２で入力された解析目的が「エンジン出力予測」であり、Ｓ３で入力された運転条件が「エンジン回転数が高回転（６０００ｒｐｍ）」及び「エンジン負荷が高負荷（３００ｍｍＨｇ）」である場合、３次元化する部分を「インテークマニホルド」と設定する。図２では、インテークマニホルドは、ｉ５〜ｉ８であり、これらの部分を３次元化する部分として設定する。
Ｓ４では又、このような自動設定の内容を、所定の画面（図示せず）により表示して、作業者に知らせる。作業者は、その内容を変更したい場合、Ｓ４に戻り、手動での入力を行うことも出来る。
【００３９】
次に、Ｓ６に進み、３次元化部分設定プログラム１２が、３次元化部分データベース２０に格納されたモデルタイプ選択データを参照し、Ｓ３で設定された３次元化部分に対応する対応するモデルタイプを選択し、自動で設定する。例えば、Ｓ５で設定した３次元化部分が「インテークマニホルド」である場合、モデルタイプを、「直管」、「曲がり管」、「分岐管」と設定する。
【００４０】
一方、Ｓ４において、手動入力が選択されると、Ｓ７に進み、３次元化部分設定プログラム１２が、３次元化部分の入力画面（図示せず）を表示し、作業者に、３次元化部分として、例えば、「サージタンク」等と構成要素名を入力させ、或いは、「ｉ９〜ｉ１１」等とモデル要素の番号を入力させる。
次に、Ｓ８に進み、３次元化部分設定プログラム１２が、モデルタイプの入力画面（図示せず）を表示し、作業者に、Ｓ７で入力した３次元化部分に用いるモデルタイプとして、「容器モデル」等と入力させる。
【００４１】
次に、Ｓ６或いはＳ８の処理の終了後、Ｓ９に進み、３次元モデル化プログラム１４が、例えば図７のような諸元値入力画面を表示し、作業者による諸元値の入力を受け付ける。このＳ９では、Ｓ６で自動設定したモデルタイプ（或いはＳ８で入力されたモデルタイプ）に対応する諸元値入力画面を、モデルタイプ毎に表示する。
この図７で示すような諸元値入力画面により、作業者は、各諸元値、境界条件、メッシュサイズ（メッシュ数）、管における各端面の位置関係（面１から面２への方向等）、ＣＡＤとの接点座標等を入力する。なお、エンジンの形状を規定する諸元の値としてＣＡＤデータを自動的に読み込むようにしても良い。
【００４２】
次に、Ｓ１０において、３次元モデル化プログラム１４が、Ｓ９において入力されたデータを基に、各モデルタイプに対応する３次元部品モデルを生成する。Ｓ１０では、３次元モデル化プログラム１４は、ＣＡＤプログラム２６に３次元部品モデル（３次元モデル要素）の３次元形状データを生成させる。ＣＡＤプログラム２６は、Ｓ９で入力されたデータを基に、モデルタイプ毎に３次元形状データを生成する。そして、Ｓ１０では、この３次元形状データと、Ｓ９で入力された境界条件やメッシュサイズ等のデータとにより、３次元部品モデルを生成する。そして、Ｓ１０では、生成した３次元部品モデルを、例えば図８のように表示する。このような表示では、各諸元の値や、３面図で表される３次元形状等を表示し、作業者に確認を促す。
【００４３】
次に、Ｓ１１において、３次元モデル化プログラム１４が、Ｓ１０で生成した３次元部品モデルが複数ある場合に、それらの部品モデルの結合を自動で行うか、作業者の入力で手動で行うかの選択画面（図示せず）を表示し、作業者にいずれかを選択させる。なお、３次元部品モデルが単数の場合は、Ｓ１１乃至Ｓ１８の処理を行わない。
【００４４】
Ｓ１１において、自動結合が選択されると、Ｓ１２に進み、３次元モデル化プログラム１４が、Ｓ１０で生成した複数の３次元部品モデルを自動で結合する。この自動結合の内容を、図９及び図１０により以下で説明する。図９は、３次元部品モデル同士の結合の仕方の例を説明するための図であり、図１０は、曲がり管の３次元部品モデル同士の結合の仕方の例を説明するための図である。
【００４５】
先ず、３次元モデル化プログラム１４は、結合位置を自動で調整して３次元部品モデル同士を結合する。図９（ａ）で示すように、結合部分の大きさが互いに異なる２つの３次元管モデルを結合する場合、図９（ｂ）乃至図９（ｄ）で示すような結合位置が考えられる。つまり、ほぼ中心軸線上で互いに結合するセンター結合（図９（ｂ））、大きい方のモデルのサイドエッジで結合する上部エッジ結合（図９（ｃ））或いは下部エッジ結合（図９（ｄ））がある。
本実施形態では、３次元モデル化プログラム１４は、結合しようとする管モデルの曲率から、流体の流れ方（管内の流れる位置や方向）を予測して、流体が最も効率良く流れる位置（流体が受ける抵抗が少ない位置）に結合位置を決定する。
【００４６】
このような決定について、図１０に示すような曲がり管ｉ４０、ｉ４１同士を結合する場合について説明する。本実施形態では、流れの上流側の曲がり管の結合部Ａにおける管の軸線方向のベクトルと、上流部Ｂ、Ｃにおける管の軸線方向のベクトルとにより、流体の流れ方を予測する。例えば、図１０（ａ）及び（ｂ）で実線で示すように、流体が、管内部の外側（曲がりの外側）で管に沿って流れることを予測する。従って、図１０に示す例では、３次元モデル化プログラム１４は、図１０（ｂ）のように、曲がり管ｉ４０の上部サイドに、曲がり管ｉ４１を結合する。図１０（ａ）は採用しない。このような処理は、曲がり管モデルと、直管モデルや容器モデル等の他のモデルとを結合する場合にも行う。なお、直管モデル同士の場合は、図９（ｂ）に示すようにセンター結合する。
【００４７】
なお、図１０（ａ）及び（ｂ）では、３次元曲がり管モデルｉ４０、ｉ４１に、１次元直管モデルｉ５０、ｉ５１が組み合わされている。後述するＳ１８では、このような１次元と３次元のモデル要素が組み合わされた解析モデルにより解析を行う。なお、この図１０に示すように見かけ上は所定の位置関係で結合されているが、実際の演算では、１次元モデルと３次元モデルとの境界における圧力波などの演算値のデータを互いに受け渡して演算される。
【００４８】
次に、３次元モデル化プログラム１４は、結合位置においてフィレットを自動で生成して３次元部品モデル同士を結合する。図９（ｂ）乃至図９（ｄ）に示すように、管モデルと管モデルとの結合部に大きな段差が生じる場合には、図９（ｅ）に示すようにフィレットｆを生成する。本実施形態では、段差の大きさが５ｍｍ以上の場合に、図９（ｅ）に示すようなフィレットｆを生成する。また、段差が１ｍｍ以下の場合は、フィレットを生成するほどメッシュを細かくすることが出来ないので、図９（ｆ）に示すように、段差を埋めるように直線状のつなぎ部ｇを生成する。なお、管モデルと、容器モデルなどの他のモデルとの結合においても、同様の処理を行う。
【００４９】
このＳ１２による処理の終了後、Ｓ１３に進み、３次元モデル化プログラム１４は、結合された３次元部品モデルに、長さや角度等に矛盾が有るか否か、例えば、部品モデル同士で離れている部分や、部品モデル同士が互いに食い込んでいる部分があるか否かを判定し、それらの部分を自動で修正する。例えば、部品モデル同士で離れている部分がある場合には、各部品モデルの結合端部をそれぞれ延長して、３次元モデルが連続するように結合する。一方、部品モデル同士が食い込んでいる場合には、３次元モデルが連続しており、或いは、管内に突出している部分などなければ、そのままの結合とする。
【００５０】
一方、Ｓ１１において、手動結合が選択されると、Ｓ１４に進み、３次元モデル化プログラム１４が、３次元部品モデルの結合位置の入力画面（図示せず）を表示し、作業者に、各結合部分毎に、センター結合、上部結合等の結合位置（図９（ｂ）乃至図９（ｄ）参照）、或いは、座標などの数値を入力させる。そして、３次元モデル化プログラム１４は、入力された位置で、各３次元部品モデルを結合する。
【００５１】
次に、Ｓ１５に進み、３次元モデル化プログラム１４が、３次元部品モデルの結合方法の入力画面（図示せず）を表示し、作業者に、結合部分毎に、フィレット（図９（ｅ）参照）の生成の有無、或いは、直線状のつなぎ部（図９（ｆ）参照）の生成の有無を入力させる。そして、３次元モデル化プログラム１４は、入力された結合方法で、各３次元部品モデルを結合する。
【００５２】
次に、Ｓ１６に進み、３次元モデル化プログラム１４は、Ｓ１４及びＳ１５で結合された３次元部品モデルに、長さや角度等に矛盾が有るか否か、例えば、部品モデル同士で離れている部分がある部分や、部品モデル同士が互いに食い込んでいる部分があるか否かを判定し、その結果を表示する。
【００５３】
次に、Ｓ１７に進み、３次元モデル化プログラム１４は、３次元部品モデルの結合位置及び結合方法の修正画面（図示せず）を表示し、作業者に、修正を促す。作業者は、例えば、部品モデル同士で離れている部分がある場合には、各部品モデルの結合端部を延長する作業を画面上で行うことが出来る。また、部品モデル同士が食い込んでいても、モデルが連続している等、解析上問題が無いと判断すれば、修正せずにそのままの結合とすることが出来る。また、作業者は、Ｓ１５やＳ１６のステップに戻ることも出来る。
【００５４】
Ｓ１３或いはＳ１７の処理が終了すると、Ｓ１８に進み、ＣＦＤ解析プログラム１６は、一部が３次元化され、残りが１次元で表現された解析モデルについて解析を実行する。そして、Ｓ１９において、ＣＦＤ解析プログラム１６は、解析結果を出力する。
【００５５】
ここで、或る１つのエンジンについて、複数の解析目的や運転条件で解析したい場合には、Ｓ１で生成した１次元解析モデルを用い、Ｓ２以降の一連のステップを繰り返せば良い。このように、本実施形態では、作業者の入力に基づいて１つの解析モデル（解析ベースモデル）を作成すれば良く、その結果、作業者による入力工数を削減しつつ、複数の解析目的或いは複数の運転条件による精度の良い解析結果を得ることが出来る。
【００５６】
以上説明した解析システムでは、解析目的及び運転条件に応じて、精度の高い解析結果が得られる３次元化部分を設定し、自動で３次元モデル化する。そして、１次元モデルと３次元モデルとを組み合わせたモデルで解析を行う。従って、解析誤差の小さい精度良い解析結果が得られると共に解析時間を短縮することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の実施形態によるエンジン性能の解析システムの概略構成図である。
【図２】本発明の実施形態の解析システムにより生成される１次元解析モデルの一例を示す模式図である。
【図３】本発明の実施形態の解析システムにより生成される３次元部品モデルの一例を示す模式図である。
【図４】本発明の実施形態の解析システムの処理内容の流れを示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施形態の解析システムによる解析目的入力画面の一例を示す図である。
【図６】本発明の実施形態の解析システムによる運転条件入力画面の一例を示す図である。
【図７】本発明の実施形態の解析システムによるモデルタイプ別の諸元入力画面の一例として曲がり管の諸元入力画面を示す図である。
【図８】本発明の実施形態の解析システムにより生成された３次元化モデル部分の形状及び諸元を表示する画面の一例を示す図である。
【図９】本発明の実施形態の解析システムによる３次元部品モデル同士の結合の仕方の例を説明するための図である。
【図１０】本発明の実施形態の解析システムによる曲がり管の３次元部品モデル同士の結合の仕方の例を説明するための図である。
【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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