JP2007128442A - 内燃機関設計支援システム - Google Patents

Abstract

【課題】設計する内燃機関の諸元値及び仕様の種類の変更が性能値に与える影響を検証しながら設計を行うことができる内燃機関設計支援システムの提供。
【解決手段】既存エンジンに関する所定の諸元値、所定の仕様の種類、及び、所定の性能項目の性能値を格納したデータベース１と、既存エンジンから選択された基礎エンジンの仕様の種類を変更した後のエンジンの性能値である変更後性能値を演算する性能演算部２１と、複数の性能項目の性能値を座標軸のパラメータの組み合わせとした関係マップを表示手段４に表示させる表示処理手段２２とを備え、表示処理手段２２は、関係マップに、基礎エンジンの基礎性能値と、設計エンジンの目標とする目標性能値と、性能演算部２１によって演算された変更後性能値とをプロットして表示させる
【選択図】図２

Description

本発明は、コンピュータを利用した内燃機関設計支援システムに係り、より詳細には、設計する内燃機関の諸元値及び仕様の種類の変更が性能値に与える影響を検証しながら設計を行うことができる内燃機関設計支援システムに関する。

従来、内燃機関、例えば、エンジンの設計を効率化するため、エンジンのピストンや吸気ポートを３Ｄ（３次元）−ＣＡＤ（computer aided design）ソフトウエアを利用して設計する設計支援システムが提案されている（特許文献１）。

特開２００５−１０００５４号公報

しかしながら、従来のＣＡＤ等を用いたエンジンの設計においては、エンジンの排気量等の諸元値や、燃料噴射方式等の仕様の種類と、エンジンの性能とが、必ずしも関連づけられていなかった。このため、エンジンの諸元値や、仕様の種類を変更した場合に、その変更がエンジンの性能に与える影響の程度を把握しながらエンジンを設計することが困難であった。

そこで、本発明は、設計する内燃機関の諸元値及び仕様の種類の変更が性能値に与える影響を検証しながら設計を行うことができる内燃機関設計支援システムを提供することを目的としている。

上記の目的を達成するため、本発明の内燃機関設計支援システムは、内燃機関の設計支援システムであって、既存の内燃機関に関する所定の諸元値、所定の仕様の種類、及び、所定の性能項目の性能値を格納したデータベースと、既存の内燃機関の中から選択された基礎内燃機関の諸元値、又は仕様の種類を変更した後の内燃機関の性能値である変更後性能値を演算する性能演算手段と、諸元値及び性能値の組み合わせ、又は、複数の性能項目の性能値の組み合わせを、座標軸のパラメータの組み合わせとした関係マップを表示手段に表示させる表示処理手段とを備え、上記表示処理手段は、上記関係マップに、基礎内燃機関の基礎性能値と、設計する内燃機関の目標とする目標性能値と、上記性能演算手段によって演算された変更後性能値とをプロットして表示させることを特徴としている。

このように構成された本発明の内燃機関設計支援システムによれば、既存の内燃機関の中から選択された基礎内燃機関の諸元値、又は仕様の種類を変更した後の内燃機関の性能値である変更後性能値を演算するので、設計する内燃機関の諸元値及び仕様の種類の変更が性能値に与える影響を検証しながら設計を行うことができる。

さらに、諸元値及び性能値の組み合わせ、又は、複数の性能項目の性能値の組み合わせを、座標軸のパラメータの組み合わせとした関係マップを表示し、その関係マップに、基礎性能値、目標性能値値及び変更号性能値のプロットを表示させるので、エンジンの性能値どうしの関係や、性能値と諸元値との関係を容易に把握することができる。特に、仕様の種類等を変更した場合における、基準性能値や目標性能値に対する変更後性能値を、複数の性能項目や諸元値との関係において容易に把握することができる。

また、本発明において好ましくは、上記表示処理手段は、上記関係マップに、既存の内燃機関の性能値をプロットして表示させる。

このように、関係マップにおいて、既存の内燃機関の性能値がプロットされれば、設計しようとしている内燃機関の目標性能値や、変更後性能値、基礎性能値等の、既存の内燃機関の性能分布における位置づけを容易に把握することができる。

また、本発明において好ましくは、上記表示処理手段は、上記関係マップに、既存の内燃機関の性能値を、内燃機関の仕様の種類の組み合わせによってグループ分けして表示する。

このように、グループ分けして表示すれば、目標性能値を達成することができるグループの仕様の種類の組み合わせを参考にして、内燃機関の設計を行うことができる。例えば、目標性能値を達成しているグループの既存の内燃機関の仕様の種類の組み合わせと、基礎内燃機関の仕様の種類の組み合わせとを比較して、異なる仕様の種類を変更するようにすれば、目標性能値を達成する可能性が高くなることが分かる。或いは、この比較により、オペレータに、基礎内燃機関の仕様の種類の組み合わせでは、目標性能値を達成することが困難であることを認識させ、仕様の種類の組み合わせを変更する必要があることを認識させることもできる。

また、本発明において好ましくは、上記表示処理手段は、諸元値としての排気量と性能値としての燃費とをそれぞれ座標軸のパラメータとして、上記関係マップを表示させる。
これにより、関係マップによって燃費と排気量との関係を容易に把握しながら、内燃機関の設計を行うことができる。

また、本発明において好ましくは、上記表示処理手段は、性能値としての最大出力と、性能値としての燃費とをそれぞれ座標軸のパラメータとして、上記関係マップを表示させる。
これにより、関係マップによって最大出力と燃費との関係を容易に把握しながら、内燃機関の設計を行うことができる。

また、本発明において好ましくは、上記仕様の種類には、過給機の有無、燃料噴射方式、使用年労、可変バルブタイミング機構の有無、動弁機構、吸気／排気バルブ数が含まれる。
これらの仕様の種類の変更は、エンジンの種々の性能値に大きな影響を与える。

また、本発明において好ましくは、上記諸元値には、排気量が含まれる。
この諸元値の変更は、エンジンの種々の性能値に大きな影響を与える。

以下、添付の図面を参照して、本発明に係る実施形態を説明する。
まず、図１を参照して、本実施形態の内燃機関設計支援システムを実現するための構成について説明する。

本実施形態の内燃機関設計支援システムは、図１に示すように、車両のエンジンを設計するためのデータを格納したデータベース１と、データベース１に格納されたデータを利用して、エンジンの設計を支援するコンピュータ２とを有する。コンピュータ２には、キーボード等の入力手段３と、ディスプレイ等の表示手段４がそれぞれ接続されている。

データベース１には、既存のエンジンに関する所定の諸元値、所定の仕様の種類、及び、所定の性能項目の性能値が格納されている。ここで、所定の諸元値には、例えば、エンジンの排気量や、ボア×ストローク等の値が含まれる。また、所定の仕様の種類には、例えば、過給機（ターボチャージャー、等）の有無、又は燃料噴射方式（例えば、独立噴射方式、ポート噴射方式又は直接噴射方式の別）、使用燃料（例えば、ハイオク、レギュラーの別）、可変バルブタイミング機構（ＶＶＴ）の有無、動弁機構（例えば、ＯＨＣ（Over Head Cam）、ＳＯＨＣ（Single Over Head Cam）、ＤＯＨＣ（Double Over Head Cam）の別）、吸気／排気バルブ数（例えば、吸気２弁＋排気２弁、等）が含まれる。さらに、所定の性能項目には、例えば、燃費、最大トルク、最大出力、及び、窒素酸化物や一酸化炭素等のエミッション性能が含まれる。

さらに、データベース１には、また、内燃機関の諸元値、又は仕様の種類を変更した場合の、その変更による内燃機関の性能値の変化を演算するための演算関数が記憶されている。演算関数には、理論に基づく計算方法に加えて、これまで蓄積された経験則による計算方法も含まれる。

また、コンピュータ２は、性能演算部２１と、表示処理部２２とを有する。これらの性能演算部２１及び表示処理部２２は、それぞれ、本発明の内燃機関設計支援システムの性能演算手段及び表示処理手段に相当する処理機能を表す。これらの処理機能は、コンピュータ２において所定のプログラムを実行することにより実現される。

コンピュータ２の性能演算部２１は、基礎エンジンの諸元値又は仕様の種類を変更した後のエンジンの性能値である変更後性能値を演算する。基礎エンジン（ベースエンジン）は、入力手段３を介して、オペレータによって、既存のエンジンの中から選択されたものである。また、基礎エンジンの所定の性能項目の性能値は、データベース１に格納されている。また、変更性能値の演算にあたっては、データベース１に格納されている演算関数を利用する。

また、コンピュータ２の表示処理部２２は、諸元値及び性能値の組み合わせ、又は、複数の性能項目の性能値の組み合わせを、座標軸のパラメータの組み合わせとした関係マップを表示手段４に表示させる。

ここで、図２に、関係マップの一例を示す。図２に示す関係マップは、複数の性能項目の性能値の組み合わせとして、性能値としての最大出力を横軸のパラメータとし、性能値としての燃費を縦軸のパラメータとしている。なお、横軸においては、右方向へいくほど出力が大きくなることとし、縦軸においては、上へ行くほど燃費が良くなることとする。

関係マップには、既存のエンジンのうち基礎エンジンの基礎性能値が丸星印Ｐで示される。この基礎性能値は、入力手段３を介してオペレータにより選択された基礎エンジンの性能値を、データベースから読み出したものである。

また、関係マップには、目標性能値が丸星印Ｑでプロットして表示される。この目標性能値は、設計するエンジンの目標値として、入力手段３を介してオペレータにより設定されたものである。

さらに、関係マップには、変更演算手段によって演算された変更後性能値もプロットして表示される。これにより、設計しようとしている内燃機関の目標性能値や、変更後性能値、基礎性能値等の、既存のエンジンの性能分布における位置づけを容易に把握することができる。

また、この関係マップには、既存のエンジンの性能値が白星印のプロットで表示されている。これにより、目標性能値や基礎性能値等の、既存の内燃機関の性能分布における位置づけを容易に把握することができる。

なお、本実施形態では、既存のエンジンのうち、所定の排気量（例えば、２０００ｃｃ）のエンジンの性能値だけを選択的に表示している。このように、所定の諸元値に限定することによって、比較対象を所定の条件範囲内のものに絞ることができる。

また、関係マップにおけるプロットの位置は、個々のエンジンの仕様において、最適化処理された場合の性能値を表示するとよい。例えば、可変バルブタイミング機構（ＶＶＴ：Variable Valve Timing）を装備したエンジンの場合には、バルブタイミングが最適に調整されている状態における性能を示すようにするのがよい。

また、この関係マップには、既存のエンジンの性能値のプロットのうち、特に競合対象となるベンチマーク車（競合車）に搭載されているエンジンの性能値が黒星印のプロットＡ及びＢで示す。これにより、基礎性能値、目標性能値又は変更後性能値とベンチマーク車のエンジンとの性能の優劣関係を容易に把握することができる。

さらに、本実施形態では、これらのプロットを、エンジンの仕様の種類の組み合わせによってグループ分けして表示している。すなわち、例えば、燃料噴射方式と過給機有無の組み合わせであれば、（１）燃料噴射方式がポート噴射方式であって、過給機非装備の仕様のグループを実線Ｉで結び、（２）燃料噴射方式が直接噴射方式であって、過給機非装備の仕様のグループを破線IIで結び、（３）燃料噴射形式が直接噴射方式であって、過給機装備の仕様のグループを破線IIIで結んで示す。

本実施形態では、基礎エンジンとして、燃料噴射方式がポート噴射方式であって、過給機非装備の仕様のエンジンが選択されている。このため、図２（ａ）に示すように、基礎エンジンの基礎性能値を示す丸星印Ｐは、実線Ｉ上に位置している。

一方、目標性能値を示す丸星印Ｑは、図２（ａ）に示すように、破線II上に位置している。このことから、オペレータは、例えば、破線IIのグループの仕様の組み合わせ、即ち、燃料噴射方式が直接噴射方式であって、過給機非装備の仕様とすれば、目標性能値を達成することができる可能性が高いことを認識することができる。或いは、破線IIIの仕様、即ち、燃料噴射形式が直接噴射方式であって、過給機装備の仕様にしなくても、目標性能値を達成することが可能であることを認識することができる。さらには、基礎エンジンの仕様のままでは、目標性能値の達成が困難であることを認識することもできる。

ここで、図３に、エンジンの諸元・仕様、及び性能の一覧の表示例を示す。図３の左側の表に、基礎エンジンの諸元・仕様、及び性能の一例を示す。また、図３の右側の表に、仕様の種類を変更した後の、諸元・仕様、及び性能の一例を示す。本実施形態では、図３の右側の表中、変更した部分を枠線で囲んで示している。

図３に示すように、ここでは、燃料噴射方式を「ポート噴射方式」から「直接噴射方式」に変更した例を示す。そして、仕様の種類の変更が性能に与える影響を、性能演算部２１が、データベースに格納されている演算関数を利用して計算する。その結果、図３の右側の表に示すように、性能の燃費が、１０−１５モードにおいて、「１４．２ｋｍ／ｌ」から「１８．５ｋｍ／ｌ」に向上し、高速走行モードにおいて、「１８．８ｋｍ／ｌ」から「２１．８ｋｍ／ｌ」に向上したことが示される。

そして、図２（ｂ）の関係マップに、性能演算部２１により計算された、変更後性能値を丸星印Ｒのプロットで示す。変更後性能値のプロットの位置から、燃料噴射方式を変更した後の性能が、最高出力を低下させることなく、目標性能値以上の燃費を達成できていることが分かる。

このように、設計する内燃機関の諸元値及び仕様の種類の変更が性能値に与える影響を検証しながら設計を行うことができる。特に、仕様の種類等を変更した場合における、基準性能値や目標性能値に対する変更後性能値を、複数の性能項目や諸元値との関係において容易に把握することができる。これにより、エンジン設計の効率化を図ることができる。

さらに、図４に、本実施形態において、諸元値と性能値との組み合わせた関係マップを示す。この関係マップにおいては、諸元値としての総排気量を横軸のパラメータとし、性能値としての燃費を縦軸のパラメータとしている。なお、横軸においては、右方向へいくほど総排気量が大きくなるものとし、縦軸においては、上へ行くほど燃費が良くなるものとする。

また、図４に示す関係マップには、既存のエンジンの性能値のプロットが星印で表示され、さらに、これらのプロットの分布傾向を示す直線IVが表示されている。そして、基礎性能値Ｐ、目標性能値Ｑ及び変更後性能値Ｒが、それぞれ丸星印でプロットして示されている。図４の関係マップから、総排気量を変化させずに、燃費が向上したことが分かる。このように、複数の関係マップを組み合わせることにより、諸元値や性能値どうしの関係を多面的に把握することができる。これにより、エンジン設計の一層の効率化を図ることができる。

上述した実施形態においては、本発明を所定の条件で構成した例について説明したが、本発明は種々の変更及び変形を行うことができる。例えば、関係マップの座標軸のパラメータとしては種々の組み合わせを採用することができる。例えば、エンジンの最大トルク及び燃費の組み合わせ、又は、最大トルクと最大出力の組み合わせをパラメータとした座標平面に、エンジンの性能値をプロットしてもよい。さらに、３つ以上のパラメータを組み合わせた座標空間にエンジンの性能値等をプロットしてもよい。

本実施形態の内燃機関設計支援システムを実現するための構成を示すブロック図である。 （ａ）及び（ｂ）は、本実施形態において表示される、最高出力及び燃費を座標軸のパラメータとした関係マップを示す図である。 本実施形態において表示されるエンジンの諸元・仕様及び性能の一覧を示す図である。 本実施形態において表示される、総排気料及び燃費を座標軸のパラメータとした関係マップを示す図である。

符号の説明

１ データベース
２ コンピュータ
３ 入力手段
４ 表示手段
２１ 性能演算部
２２ 表示制御部

Claims (7)

1. 内燃機関の設計支援システムであって、
   既存の内燃機関に関する所定の諸元値、所定の仕様の種類、及び、所定の性能項目の性能値を格納したデータベースと、
   既存の内燃機関の中から選択された基礎内燃機関の諸元値、又は仕様の種類を変更した後の内燃機関の性能値である変更後性能値を演算する性能演算手段と、
   諸元値及び性能値の組み合わせ、又は、複数の性能項目の性能値の組み合わせを、座標軸のパラメータの組み合わせとした関係マップを表示手段に表示させる表示処理手段とを備え、
   上記表示処理手段は、上記関係マップに、基礎内燃機関の基礎性能値と、設計する内燃機関の目標とする目標性能値と、上記性能演算手段によって演算された変更後性能値とをプロットして表示させる
   ことを特徴とする内燃機関の設計支援システム。
2. 上記表示処理手段は、上記関係マップに、既存の内燃機関の性能値をプロットして表示させる
   ことを特徴とする請求項１記載の内燃機関設計支援システム。
3. 上記表示処理手段は、上記関係マップに、既存の内燃機関の性能値を、内燃機関の仕様の種類の組み合わせによってグループ分けして表示する
   ことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関設計支援システム。
4. 上記表示処理手段は、諸元値としての排気量と性能値としての燃費とをそれぞれ座標軸のパラメータとして、上記関係マップを表示させる
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の内燃機関設計支援システム。
5. 上記表示処理手段は、性能値としての最大出力と、性能値としての燃費とをそれぞれ座標軸のパラメータとして、上記関係マップを表示させる
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の内燃機関設計支援システム。
6. 上記仕様の種類には、過給機の有無、燃料噴射方式、使用燃料、可変バルブタイミング機構の有無、動弁機構、吸気／排気バルブ数のいずれかが含まれる
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の内燃機関設計支援システム。
7. 上記諸元値には、排気量が含まれる
   ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の内燃機関設計支援システム。

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