(57)【要約】【課題】サイクル初期の温度や濃度分布がノック発生時期や位置に与える影響を評価することが可能な反応熱流体数値シミュレーション装置を実現する。【解決手段】計算格子データ、初期条件データ及び境界条件データを読み込み、解析領域の流れ場を解析する（ステップＰ１〜Ｐ３）。探索粒子を発生済みか判断し（ステップＰ４）、発生済みであれば探索粒子の位置座標等を計算し、シミュレーション終了時刻であれば終了する（ステップＰ７、Ｐ８）。ステップＰ４で粒子未発生と判断すると、粒子を計算領域内に発生させるかを判定し、粒子発生する場合、探索粒子を計算体系内に発生させ（ステップＰ６）、続いてステップＰ７とＰ８の処理を実施する。解析から得られた結果を画面出力やファイルとして外部記憶媒体へ出力し（ステップＰ９）、解析終了する（ステップＰ１０）。【選択図】図３
2009270445.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応熱流体中の物質の反応をシミュレーションする反応熱流体数値シミュレーション装置において、
少なくとも仮想流体粒子の初期位置及び流体の物理条件を含む初期条件を記憶する記憶手段と、
上記仮想流体が配置される場の流体の流れを解析し、上記仮想流体粒子の移動位置及びその位置における反応進行率を解析する解析手段と、
上記解析手段によって、解析された上記仮想流体粒子の初期位置からの移動経路及び反応進行率を出力する出力手段と、
を備えることを特徴とする反応熱流体数値シミュレーション装置。
【請求項２】
請求項１記載の反応熱流体数値シミュレーション装置において、上記仮想流体粒子の反応進行率を表す量は、着火遅れ時間の逆数を時間積分した値であることを特徴とする反応熱流体数値シミュレーション装置。
【請求項３】
請求項２記載の反応熱流体数値シミュレーション装置において、上記着火遅れ時間の逆数を時間積分した値を求めるために必要な着火遅れ時間は、上記記憶手段に記憶されていることを特徴とする反応熱流体数値シミュレーション装置。
【請求項４】
請求項３記載の反応熱流体数値シミュレーション装置において、上記解析手段は、上記記憶手段に記憶された着火遅れ時間が不十分であると判断した場合、化学反応計算を行い着火遅れ時間を算出することを特徴とする反応熱流体数値シミュレーション装置。
【請求項５】
請求項１記載の反応熱流体数値シミュレーション装置において、上記出力手段は、上記解析手段による解析結果を表示する画像表示手段を備え、この画像表示手段段に、流れ場解析結果、仮想流体粒子の数と分布方法及び流れ場の領域分割用の断面座標値と法線方向ベクトルの値を表示することを特徴とする反応熱流体数値シミュレーション装置。
【請求項６】
請求項１記載の反応熱流体数値シミュレーション装置において、上記仮想流体が配置される場は、内燃機関のシリンダ内部空間であり、上記反応進行率は、自着火に至るまでの進行率であることを特徴とする反応熱流体数値シミュレーション装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンピュータを用いてエンジン筒内の流れ、燃焼、ノックを解析する反応熱流体数値シミュレーション装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンピュータ及び解析技術の発達に伴い、流れや燃焼の数値シミュレーションを用いた筒内現象の把握及びエンジン開発が実施されている。流れや燃焼の解析に加え、高効率エンジン開発のために、ノック発生時期やノック発生位置の予測がコンピュータシミュレーションにより試みられている。
【０００３】
ノックとは、エンジン筒内に分布する燃料と空気の未燃混合気で発生する低温酸化反応を原因とする自着火現象のことであり、コンピュータシミュレーションによるノック発生位置や時期の予測は、反応機構を解いて予測する方法とLivengood-Wu積分を用いた予測方法がある。
【０００４】
化学反応は、非常に短い時間で急激な温度上昇や化学種の変化を伴うため、反応機構を用いた化学反応計算を安定化するには流体計算の安定化に必要な時間刻み幅に比べて一桁以上小さい時間刻み幅が反応計算に必要である。化学反応計算と流体計算を共に安定化するためには、化学反応の時間刻み幅に合わせる必要があり、化学反応計算と流体計算の連成すると、計算時間が非常に長くなるという問題がある。
【０００５】
Livengood-Wu積分は反応をモデル化しノック発生時期を予測する方法であり、化学反応を解く場合に比べて時間刻み幅を大きくすることができる。Livengood-Wu積分とは、燃料が着火限界温度よりも高い温度に置かれてから着火するまでの時間（以降、着火遅れ時間）の逆数を時間積分したものである。Livengood-Wu積分は元々、０次元均質場（例えば、急速圧縮装置）の自着火時期を予測するモデルであるが、Livengood-Wu積分の輸送方程式を解くことで３次元空間体系のノック発生時期を予測する方法が、例えば、非特許文献１に記載されている。
【０００６】
また、特許文献１にも、内燃機関のノックの発生状態判定装置が記載されている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−９２６２０号公報
【非特許文献１】A. Teraji 他著“Development of a Novel Flame Propagation Model”  （UCFM: Universal Coherent Flamelet Model for SI Engines and Its Application to Knocking Prediction）、SAE paper、SP-1971、pp.1-13、2005）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来技術によれば、壁面における冷却や加熱の影響や、点火位置や時期の影響を評価することは可能であると考えられる。しかし、ノック発生時の計算結果とそれ以前の（例えば圧縮行程開始時）データとを比較しても２つのデータの関連が捉えにくい。つまり、ノック発生と圧縮行程開始時期の温度分布の関連性等を評価することが困難であった。
【０００９】
このため、従来技術においては、圧縮行程開始時期に存在する局所の高温領域や局所の高濃度領域などのノックに与える影響を評価することができなかった。
【００１０】
本発明の目的は、サイクル初期の温度や濃度分布がノック発生時期や位置に与える影響を評価することが可能な反応熱流体数値シミュレーション装置を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明は以下のように構成される。
【００１２】
本発明によれば、反応熱流体中の物質の反応をシミュレーションする反応熱流体数値シミュレーション装置において、少なくとも仮想流体粒子の初期位置及び流体の物理条件を含む初期条件を記憶する記憶手段と、上記仮想流体が配置される場の流体の流れを解析し、上記仮想流体粒子の移動位置及びその位置における反応進行率を解析する解析手段と、上記解析手段によって、解析された上記仮想流体粒子の初期位置からの移動経路及び反応進行率を出力する出力手段とを備える。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、サイクル初期の温度や濃度の分布がノック発生時期や位置に与える影響を評価することが可能な反応熱流体数値シミュレーション装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について、添付図を参照して説明する。
【００１５】
図１は、本発明の第１の実施形態における反応熱流体数値シミュレーション装置１０００の全体概略構成図である。反応熱流体数値シミュレーション装置１０００は、キーボード、マウスなどの入力装置２００、反応熱流体数値シミュレーションに用いる格子データや初期条件などを記録したハードディスク、コンパクトディスク及びＭＯ等の外部記憶媒体１００、シミュレーション結果やシミュレーションを実行するために必要な設定などを視覚的に表示するディスプレイやデータとして保存するファイル等の出力装置４００、及びシミュレーションを実行する解析装置６００を備えている。
【００１６】
解析装置６００は、中央処理装置３００と、主記憶装置５００とを備えている。主記憶装置５００は、入力装置２００、外部記憶媒体１００及び出力装置４００と交換するデータ及び中央処理装置３００で実行するプログラム等を一時的に記憶する。
【００１７】
図２は図１に示した反応熱流体数値シミュレーション装置１０００のうちの外部記憶媒体１００、入力装置２００、中央処理装置３００、出力装置４００の機能ブロック図である。図２において、外部記憶媒体１００には、反応熱流体数値シミュレーション装置で解析する物理量（速度、温度、化学種濃度、圧力、乱流等）の初期条件やシミュレーションに必要な設定（例えば、計算時間や時間刻み幅等）を保存した初期条件データ１０１、上記物理量の方程式に対する境界条件を保存した境界条件データ１０２、計算セル情報（格子点位置、計算格子幅、計算セル面座標等）を保存した計算格子データ１０３及び化学反応計算により任意の条件（温度、圧力、燃料濃度、酸化剤濃度等）における着火遅れ時間を求めデータベース化した着火遅れ時間データ１０４が保存されている。
【００１８】
また、入力装置２００は、初期条件データ１０１を、中央処理装置３００の流れ場解析手段３０１と探索粒子発生手段３０２とに入力するための初期条件入力手段２０１、境界条件データ１０２を流れ場解析手段３０１に入力するための境界条件入力手段２０２、計算格子データを流れ場解析手段３０１、探索粒子発生手段３０２及び探索粒子解析手段３０３に入力するための計算格子入力手段２０３及び着火遅れ時間データ１０４を探索粒子解析手段３０３に入力するための着火遅れ時間入力手段２０４を備えている。
【００１９】
また、処理装置３００は、初期条件入力手段２０１、境界条件入力手段２０２及び前記計算格子入力手段２０３から入力されたデータに基づき流れ場（流体速度、圧力、温度、化学種濃度、乱流）を解析する流れ場解析手段３０１、計算格子入力手段２０３により入力されたデータ及び流れ解析手段３０１から得られた結果に基づき探索粒子を発生する探索粒子発生手段３０２、流れ場解析手段３０１により得られた流れ場の結果、探索粒子発生手段３０２により出力されたデータ、計算格子入力手段２０３及び着火遅れ時間入力手段２０４により入力されるデータに基づき探索粒子の移動位置、移動経路や、粒子の移動位置における反応進行率を算出するためのLivengood-Wu積分を計算する探索粒子解析手段３０３を備えている。
【００２０】
また、出力装置４００は、流れ場解析手段３０１により得られた結果を画面やファイルとして外部記憶媒体１００に出力する流れ場解析結果出力手段４０１及び探索粒子解析手段３０３から得られた結果を画面やファイルとして外部記憶媒体１００に出力する探索粒子出力手段４０２を備えている。
【００２１】
入力装置２００、中央処理装置３００及び出力装置４００の各機能は、この各機能の実行プログラムが主記憶装置５００に格納され、格納されたプログラムを読み出して実行する。
【００２２】
図３及び図４は、本発明の第１の実施形態である反応熱流体数値シミュレーション装置の動作フローチャートである。この動作フローチャートを参照して本発明の第１の実施形態である反応熱流体数値シミュレーション装置の動作について説明する。
【００２３】
図３において、予め作成し外部記憶媒体１００に保存しておいた計算格子データ１０３を計算格子入力手段２０３により読み込む（ステップＰ１）。次に、予め作成し外部記憶媒体１００に保存しておいた初期条件データ１０１及び境界条件データ１０２を初期条件入力手段２０１、境界条件入力手段２０２により読み込む（ステップＰ２）。
【００２４】
次に、読み込んだ計算格子、初期条件、境界条件のデータ及び古い時間ステップの計算結果に基づき流れ場解析手段３０１により、解析領域の流れ場（温度、圧力、化学種濃度、乱流等）を解析する（ステップＰ３）。
【００２５】
次に、探索粒子発生手段３０２により、計算領域の探索粒子の有無から、探索粒子を発生済みか判断する（ステップＰ４）。発生済みであれば、探索粒子解析手段３０３により、後述する式を用いて探索粒子の位置座標やLivengood-Wu積分を計算する（ステップＰ７）。ステップＰ７に続いて、設定したシミュレーション終了時刻に達したか否かを判断することにより、反応熱流体数値シミュレーションの終了判定をする（ステップＰ８）。
【００２６】
ステップＰ４の処理で、粒子未発生と判断した場合、ステップＰ５に進み、粒子を計算領域内に発生させるかを判定する。粒子発生時期を判断する条件としては、時刻、計算領域内の最高温度、燃料の最高濃度などがある。これらの値を指定することで、発生時期の制御をする。
【００２７】
ステップＰ５の処理で、粒子発生すると判定した場合、ステップＰ６に進み、探索粒子を計算体系内に発生する。図８は、粒子発生時の計算領域の一部を示したのであり、ソフトウェアを用いて可視化して画面に表示される。なお、６０１は高温の計算セル、６０２は低温の計算セル、６０３は探索粒子、６０４は探索粒子を発生させない計算セルである。
【００２８】
図８に示すように、探索粒子６０３は、同じ計算セル内に複数の探索粒子６０３を発生させることはできるが、同じ位置に２つ以上の探索粒子６０３を発生させない。計算領域の温度分布や燃料成分の濃度分布に応じて探索粒子数の分布に濃淡をつける。例えば、高温の計算セル６０１には他の計算セルに比べ多くの探索粒子を発生させる。また、粒子を発生させる必要が無いと判断した計算セル６０４には粒子を発生させない。各探索粒子は発生位置（初期位置）が関連付けられており、経過時間に依らず粒子の初期位置が分かる。
【００２９】
図３に戻り、ステップＰ６の処理が終了したら、続いてステップＰ７とＰ８の処理を実施する。
【００３０】
ステップＰ５の処理で粒子を発生させないと判定した場合は、ステップＰ８に進み、このステップＰ８の処理を実行する。
【００３１】
ステップＰ８で、解析終了と判断した場合、流れ場解析手段３０１や探索粒子解析手段３０３による解析から得られた結果を画面出力やファイルとして外部記憶媒体１００へ出力し（ステップＰ９）、解析終了する（ステップＰ１０）。
【００３２】
ステップＰ８の処理で、解析続行と判断した場合は、ステップＰ３の処理に戻り、ステップＰ４からＰ８の処理をフローチャートに従い実行する。
【００３３】
図４はステップＰ７の処理を詳しく説明したフローチャートである。図４において、次式（１）を積分することでｔ＋ｄｔにおける各探索粒子の位置を求める（ステップＰ１１）。
【００３４】
【数１】
2009270445.tif 000003
【００３５】
ここで、ｘは座標、ｕは流れ場解析手段３０１を用いて得られる流速である。図９は、計算セルと探索粒子の移動の形態を示した図である。図９において、６１１は計算セルを移動しない探索粒子、６１２は計算セルを移動する探索粒子、６１３は探索粒子６１１の移動経路、６１４は探索粒子６１２の移動経路、６１５は計算セルである。
【００３６】
粒子流体の数値シミュレーションでは、複数の計算セル６１５によって計算領域を分割する。このため、粒子が移動する際、探索粒子６１１のように位置座標は変わるが、計算セルが変わらない場合と、探索粒子６１２のように、位置座標と計算セルが時刻ｔに滞在していた計算セルから他の計算セルに移動し、属する計算セルが変わる場合がある。なお、流速が０の計算セルに存在する探索粒子は座標も計算セルも変化しない。探索粒子６１２のような移動をする場合には、通過した計算セルに滞在した時間を主記憶装置３に保存する。
【００３７】
図４に戻り、ステップＰ１２で、移動や火炎伝播により、探索粒子が既燃気体側に移動するかどうかを判定する。ステップＰ１２において、既燃混合気と未燃混合気は、温度や既燃混合気の質量分率を示す反応進行度等により判断する。ステップＰ１２において、既燃側に移動したと判断した場合、ステップＰ２４に進み、当該探索粒子は以後の計算から除外する。次に、ステップＰ２４からステップＰ１８に進み、計算すべき粒子が残っているか否かを判断することにより、粒子計算を終了するかを判定する。
【００３８】
ステップＰ１２の処理で、探索粒子が未燃気体側にいると判定した場合、粒子の移動により時刻ｔにおいて属していた計算セルから他の計算セルに移るかどうかを判定する（ステップＰ１３）。これは、探索粒子の移動が図９に示す探索粒子６１１と探索粒子６１２のどちらに対応するか否かから判定する。粒子の位置が時刻ｔからｔ＋ｄｔにかけて変化しない場合は、移動しない探索粒子６１１に対応する。
【００３９】
ステップＰ１３の処理で探索粒子が計算セルを移動しないと判定した場合、次式（２）からLivengood-Wu積分を計算する（ステップＰ１４）。
【００４０】
【数２】
2009270445.tif 000004
【００４１】
ここで、ＩはLivengood-Wu積分値（以降、Livengood-Wu積分の値をＩと表記する）、タウは、探索粒子が所属する計算セル内の条件により決まる着火遅れ時間である。
【００４２】
ステップＰ１３の処理で探索粒子が計算セルを移動すると判定した場合は、次式（３）によりLigengood-Wu積分を計算する（ステップＰ１５）。
【００４３】
【数３】
2009270445.tif 000005
【００４４】
ここで、ｊは時刻ｔから時刻ｔ＋ｄｔの間に探索粒子が通過した計算セル番号であり、ｄｔｊは計算セル番号ｊの計算セルに滞在した時間、ｔｊ（タウ）は計算セル番号ｊの計算セルの条件における着火遅れ時間である。
【００４５】
計算セルの条件における着火遅れ時間は、着火遅れ時間データ１０４を用いて計算する。この場合、任意の条件における着火遅れ時間を計算するためには、補間計算が必要である。補間計算には、最近傍法や双線形補間法等を選択する。最近傍法は、データベース上から計算セルの条件と最も近い条件を探索し、その条件における着火遅れ時間をデータベースから参照する方法である。
【００４６】
双線形補間法は、計算セルの条件に近い複数のデータをデータベース上から選択し、補間計算をする方法である。
【００４７】
双線形補間法の例を図７に示す。図７は、着火遅れ時間が温度Ｔと圧力ｐに依存しかつｐ１＜ｐ＜ｐ２、Ｔ１＜Ｔ＜Ｔ２を満たすと仮定したときの任意の圧力ｐ、温度Ｔにおける着火遅れ時間タウを求める式を示している。
【００４８】
図４に戻り、ステップＰ１４又はステップＰ１５の処理の後、Ｉが１を超えているかを判定する（ステップＰ１６）。ステップＰ１６において、Ｉが１を超えた場合は、ノック発生と判定し、ノック発生した位置、時刻などをファイルや出力装置６に出力する（ステップＰ１７）。その後、探索粒子計算を終了するか否かを判定する（ステップＰ１８）。計算すべき探索粒子が残っている場合は、探索粒子解析を続けると判定し、ステップＰ１８からステップＰ１１の処理に移る。
【００４９】
ステップＰ１８において、計算すべき探索粒子が残っていない場合は、ステップＰ１８からステップＰ１９の処理に移る。その後、図３に示したステップＰ８の処理を実行する。ステップＰ１６の処理でＩが１未満と判定した場合、ステップＰ１８に進み、上記ステップＰ１１又はステップＰ１９に進む。
【００５０】
以上のように、本発明の第１の実施形態によれば、サイクル初期の温度や濃度の分布がノック発生時期や位置に与える影響を評価することが可能な反応熱流体数値シミュレーション装置を実現することができる。
【００５１】
つまり、各粒子の初期位置と、移動経路と、ノックが発生したときの位置とが関連付けられているため、ノックを発生させた粒子の初期位置が判断でき、初期条件とノック発生確率の関連性を解析することが可能となる。
【００５２】
また、発生させる探索粒子数に分布をつけることで、必要な部分の解像度を上げ、不必要な部分の解像度を下げることが出来るので、計算負荷の上昇を最小限に抑え、かつ、精度を上げることが可能である。
【００５３】
また、粒子が既燃ガス側に移動したと判断した場合、その粒子を計算領域から除外することで、不必要な計算を防ぎ、計算負荷の上昇を抑えることができる。
【００５４】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。  
本発明の第２の実施形態である反応熱流体数値シミュレーション装置の概略構成は、第１の実施形態と同様であり、図１に示した構成となっている。図５は、本発明の第２の実施形態である反応熱流体数値シミュレーション装置２０００の機能ブロック図である。
【００５５】
図５において、反応熱流体数値シミュレーション装置２０００は、外部記憶媒体１００Ａ、入力装置２００Ａ、処理装置３００Ａ及び出力装置４００Ａを備える。
【００５６】
外部記憶媒体１００Ａには、初期条件データ１０１、境界条件データ１０２、計算格子データ１０３、着火遅れ時間データ１０４、着火遅れ時間を求めるための化学反応計算を実行するために必要な化学種、化学反応機構（化学反応式）及び比熱やエンタルピ（熱物性値）を計算するために必要なデータや化学反応機構を用いた反応計算を実施するために必要な設定条件を保存した化学反応解析データ１０５が保存されている。
【００５７】
また、入力装置２００Ａは、初期条件入力手段２０１、境界条件入力手段２０２、計算格子入力手段、着火遅れ時間入力手段２０４、化学反応解析データ１０５を化学反応解析手段３０４に入力するための化学反応解析データ入力手段２０５を備える。
【００５８】
また、処理装置３００Ａは、流れ場解析手段３０１、探索粒子発生手段３０２、探索粒子解析手段３０３、及び化学反応解析手段３０４を備える。この化学反応解析手段３０４は、化学反応解析データ入力手段２０５により入力されたデータと流れ場解析手段３０１により得られた結果に基づき決めた条件（温度、圧力、燃料濃度及び酸化剤濃度等）における化学反応計算を実行し着火遅れ時間を求める手段である。
【００５９】
出力装置４００Ａは、流れ場解析結果出力手段４０１、探索粒子出力手段４０２、及び着火遅れ時間出力手段４０３を備える。着火遅れ時間出力手段４０３は、化学反応解析手段３０４により計算された着火遅れ時間を画面に表示する手段や外部記憶媒体１００に保存されている着火遅れ時間データ１０４に追加出力する手段とすることができる。
【００６０】
入力装置２００Ａ、処理装置３００Ａ及び出力装置４００Ａの各機能は、この各機能の実行プログラムが主記憶装置５００に格納され、格納されたプログラムを読み出して実行する。
【００６１】
本発明の第２の実施形態である反応熱流体数値シミュレーション装置は、図３と図６に示すフローチャートによりシミュレーションを実行する。図３は全体動作フローチャートであり、第１の実施形態と共通する。従って、図３に示したフローチャートについては説明を省略する。
【００６２】
図６に示したフローチャートは、図４に示したフローチャートと対応し、図４に示したフローチャートに、ステップＰ２０、Ｐ２１、Ｐ２２、Ｐ２３が追加されている。他のステップは、図４に示したステップと同様である。したがって、これらの４つのステップについて、その処理を説明する。
【００６３】
ステップＰ２０は、ステップＰ１３で移動により計算セルを移らないと判断したときに、このステップＰ１３から進む処理ステップである。そして、このステップＰ２０は、探索粒子が滞在する計算セルの条件（温度、圧力、燃料濃度、酸化剤濃度等）における着火遅れ時間を着火遅れ時間データ１０４に基づき計算可能か否かを判定する処理である。ステップＰ２０において、計算可能と判定されると、ステップＰ１４に進む。
【００６４】
ステップＰ２１は、ステップＰ１３で移動により計算セルを移ると判断したときに、このステップＰ１３から進む処理ステップである。そして、このステップＰ２１は、現在地、通過地点及び移動先の計算セルの条件（温度、圧力、燃料濃度、酸化剤濃度等）における着火遅れ時間を着火遅れ時間データ１０４のデータに基づき計算できるかを判定する処理である。ステップＰ２１で計算可能と判定されると、ステップＰ１５に進む。
【００６５】
ステップＰ２２は、ステップＰ２０で着火遅れ時間を計算可能ではないと判定されたときに進むステップである。そして、このステップＰ２２において、流れ場解析手段３０１による計算結果から決めた条件（温度、圧力、燃料濃度等）における着火遅れ時間を化学反応解析手段３０４により計算し、着火遅れ時間データ１０４を拡張する。ステップＰ２２において、具体的には次の処理を実施する。化学反応解析データ入力手段２０５によって入力されたデータを用いて、着火遅れ時間を化学反応解析手段３０４により時間を計算する。計算完了後、外部記憶媒体１００に保存された着火遅れ時間データ１０４に計算結果より求められた着火遅れ時間データを追加する。
【００６６】
ステップＰ２２の処理が終了すると、ステップＰ１４に進む。
【００６７】
ステップＰ２３は、ステップＰ２１において、着火遅れ時間を計算可能ではないと判定されたときに進むステップであり、着火遅れ時間データベースを拡張する処理を行う。処理の内容はステップＰ２２と同様である。ステップＰ２３の処理が終了すると、ステップＰ１５に進む。
【００６８】
本発明の第２の実施形態は、計算セルの条件に基づき着火遅れ時間データ１０４を用いて着火遅れ時間を計算可能か判断し、不可能であれば化学反応解析手段３０４を用いて必要なデータを作成する点が特徴である。
【００６９】
反応熱流体数値シミュレーション開始前に予め作成した着火遅れ時間データ１０４が不足している場合、化学反応解析手段３０４によって必要な条件の着火遅れ時間を求めることができる。
【００７０】
これにより、反応熱流体数値シミュレーションを一旦止めることなく、自動的に着火遅れ時間データを拡張することができる。また、必要な条件だけの化学反応解析を実施するので、不必要な条件における着火遅れ時間のデータ作成を防ぐことができる。これにより、主記憶装置の負荷低減、着火遅れ時間データの拡張による精度向上ができる。また、本実施例は、第１の実施形態に、ステップＰ２０、Ｐ２１、Ｐ２２、Ｐ２３の処理が追加されただけであるので、ここまでに書いた効果に加え、第１の実施形態の効果も得ることができる。
【００７１】
図１０は、本発明の第１及び第２の実施形態である反応熱流体数値シミュレーション装置により得られるノック（自着火）発生時刻におけるシミュレーション結果を示す図であり、ピストン６３５、燃料噴射装置６３６、バルブ６３７、点火プラグ６３８及びシリンダ６３９を備える内燃機関における計算例を示す。図１０に示した例は出力装置４００の表示手段に表示可能である。
【００７２】
図１０に示す例では、シリンダ６３９、ピストン６３５及びバルブ６３７に囲まれた領域（内燃機関のシリンダ内部空間）を、立方体の計算セル６３０（図１０では２次元画面上で表示しているため正方形に投影されている）で計算セルを作成している。図１０中のハッチングで示した領域６３４は、ハッチングが施されていない領域に比べて温度が高い領域であることを表している。
【００７３】
図１０では、図３に示したステップＰ６の処理にて発生させた探索粒子６３１が流れに乗って移動する様子を示している。探索粒子６３２及び探索粒子６３３は、探索粒子６３１が流れに乗って移動した後を示したものである。特に探索粒子６３３は、ノック発生を示す探索粒子である。図１０に示した例は、局所的な高温領域に発生させた探索粒子６３１の一つがノック発生を示している。
【００７４】
このように、本発明の実施形態により探索粒子発生時の状態（初期状態）とノック発生の関係を解析することができる。
【００７５】
図１１は、本発明の第１及び第２の実施形態である反応熱流体数値シミュレーション装置の処理画像を示す図であり、ピストン６３５、燃料噴射装置６３６、バルブ６３７、点火プラグ６３８及びシリンダ６３９を備える内燃機関における計算例を示す。図１１に示した例は、シリンダ６３９、ピストン６３５及びバルブ６３７に囲まれた領域を、立方体の計算セル６３０（図１１では２次元画面上で表示しているため正方形に投影されている）で計算セルを作成している。未燃側６４４に存在する探索粒子６４０と、火炎６４２の伝播と探索粒子自身が移動したことにより既燃側６４３に存在する探索粒子６４１がある場合を示している。この場合、既燃側６４３に存在する探索粒子６４１はノックに関係しなくなるので、計算から除外する。これが、図４、図６に示したステップＰ２４の処理である。
【００７６】
図１２は、本発明の第１及び第２の実施形態である反応熱流体数値シミュレーション装置の処理画像を示す図であり、ピストン６３５、燃料噴射装置６３６、バルブ６３７、点火プラグ６３８及びシリンダ６３９を備える内燃機関における計算例を示す。
【００７７】
図１２に示す例では、シリンダ６３９、ピストン６３５及びバルブ６３７に囲まれた領域を、立方体の計算セル６３０（図１２では２次元画面上で表示しているため正方形に投影されている）で計算セルを作成している。また、ハッチングで示した領域６３４は、ハッチングしていない領域に比べ温度が高い領域である。この図１２に示した結果の例は、図３に示したステップＰ６の処理にて探索粒子を発生させた直後の結果である。
【００７８】
この結果は、局所的高温領域６３４に多数の探索粒子６５０を配置し、不必要と判断した計算セル６５１には、探索粒子６５０を配置していない。また、壁面６５２の近傍には多数の粒子を配置している。
【００７９】
図１０から図１２は、計算セルを立方体にて作成した例を示したが、この他、計算セル形状として任意の形状を選択可能である。
【００８０】
また、本発明の第１及び第２の実施形態共に流体の流れに乗り移動する粒子を用いるとしているが、代表的なものとして粒子（仮想流体粒子）を用いただけであり、流体の流れに乗って移動する仮想物体であれば形状、名称は何でもよく、粒子に限定するものではない。
【００８１】
図１３は、本発明の第１及び第２の実施形態である反応熱流体数値シミュレーション装置により用いられる初期データの設定画面６６０である。この設定画面６６０は、初期条件データ１０１に含まれる粒子発生条件を記したファイルを出力装置６に表示した例である。数値解析の実行者は、出力装置６を通して、設定画面６６０を確認しながら入力ファイルを作成する。
【００８２】
図１４は、出力装置６に表示される画面の例である。図１４において、表示画面には、任意の時刻の計算結果（温度、燃料濃度、酸化剤濃度等）を参照して可視化した出力部６６１と、この出力部６６１を確認しながら、データを入力する入力部６６２とがある。
【００８３】
出力部６６１に縦横に１本ずつ引かれた破線６６３は、探索粒子領域を粒子の発生条件を設定するために決めた領域を区分する線である。また、参照している計算結果の物理量を表示部６７０に表示している。この例の場合は、温度となっている。
【００８４】
入力部６６２では、分割断面座標指定部６６８に分割面の座標を入力することができる。また、分割断面法線方向指定部６６９に分割面の法線方向ベクトル、領域指定部６６５に領域番号６６４を入力することができ、粒子数入力部６６６に粒子個数、分布方法指定部６６７に粒子発生時の空間分布方法を入力することができる。
【００８５】
これらの入力により、粒子の発生条件を設定するための領域区分、各領域への番号割り当て、各領域の粒子数及び粒子発生方法を指定できる。
【００８６】
図１４を参照して説明した内容は、第１及び第２の実施形態におけるステップＰ６の処理で必要な条件を設定するための処理等である。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明の第１の実施形態における反応熱流体数値シミュレーション装置の全体概略構成図である。
【図２】図１に示した反応熱流体数値シミュレーション装置のうちの外部記憶媒体、入力装置、中央処理装置、出力装置の機能ブロック図である。
【図３】本発明の第１の実施形態である反応熱流体数値シミュレーション装置の動作フローチャートである。
【図４】図３のフローチャートのステップＰ７の詳細フローチャートである。
【図５】本発明の第２の実施形態における反応熱流体数値シミュレーション装置の全体概略構成図である。
【図６】本発明の第２の実施形態における探索粒子解析ステップにおけるフローチャートである。
【図７】双線形補間法による着火遅れ時間計算の一例を説明する図である。
【図８】探索粒子発生時の計算領域を示す図である。
【図９】計算セルと探索粒子の移動形態を示す図である。
【図１０】本発明の実施形態による解析結果の表示例を示す図である。
【図１１】本発明の実施形態による解析処理のための表示例を示す図である。
【図１２】本発明の実施形態による解析処理のための表示例を示す図である。
【図１３】本発明の実施形態である反応熱流体数値シミュレーション装置により用いられる初期データの設定画面の一例を示す図である。
【図１４】本発明の第１及び第２の実施形態である反応熱流体数値シミュレーション装置により用いられる初期データの設定画面の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００８８】
１００、１００Ａ・・・外部記憶媒体、１０１・・・初期条件データ、１０２・・・境界条件データ、１０３・・・計算格子データ、１０４・・・着火遅れ時間データ、１０５・・・化学反応解析データ、２００、２００Ａ・・・入力装置、２０１・・・初期条件入力手段、２０２・・・境界条件入力手段、２０３・・・計算格子入力手段、２０４・・・着火遅れ時間入力手段、２０５・・・化学反応解析データ入力手段、３００、３００Ａ・・・中央処理装置、３０１・・・流れ場解析手段、３０２・・・探索粒子発生手段、３０３・・・探索粒子解析手段、３０４・・・化学反応解析手段、４００、４００Ａ・・・出力装置、４０１・・・流れ場解析結果出力手段、４０２・・・探索粒子出力手段、４０３・・・着火遅れ時間出力手段、６０１・・・高温の計算セル、６０２・・・低温の計算セル、６０３、６１３・・・探索粒子、６０４・・・探索粒子を発生させない計算セル、６１０・・・計算セル番号、６１１・・・計算セルを移動しない探索粒子、６１２・・・計算セルを移動する探索粒子、６１３・・・探索粒子６１１の移動経路、６１４・・・探索粒子６１２の移動経路、６１５・・・計算セル、６３０・・・計算セル、６３１・・・探索粒子、６３２・・・移動後の探索粒子、６３３・・・ノック発生地点の探索粒子、６３４・・・局所的高温領域、６６０・・・出力画像、６６１・・・出力部、６６２・・・入力部、６６３・・・分割線、６６４・・・領域番号、６６５・・・領域指定部、６６６・・・粒子数入力部、６６７・・・分布方法指定部、６６８・・・分割断面座標指定部、６６９・・・分割断面法線方向指定部、６７０・・・表示部、１０００、２０００・・・反応熱流体数値シミュレーション装置
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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