エアフロートランスフォーマのパラメトリックモデリング

はじめに


2015年にVWが導入した排出ガス改善を目的としたエアフロートランスフォーマと呼ばれる装置は、世に出回る相当数のディーゼルエンジンに取り付けられました。CAESESの開発元であるFRIENDSHIP SYSTEMSは、この装置を知った際に最適化対象として興味深いと考え、モデリングからシミュレーションまでを実施しました。


■使用ソフトウェア：CAESES


パラメトリックモデリング


エアフロートトランスフォーマのパラメトリックモデリングは30分ほどで完了しました。装置自体は吸気量センサの近くに取り付けられるもので、グリッド形状となっています。パラメトリックモデリングの設計変数には、グリッド線の本数、グリッド線の厚さ、グリッドの流れ方向長さの3つが定義されました。


caeses_model

図2：CAESESのモデリング画面


vw_flow_transformer

図3：パラメトリックモデルの変形



動1：エアフロートランスフォーマのモデリング


CFDシミュレーション


CFDシミュレーションには商用CFD解析ツールが使用され、ワンクリックで新しい設計バリアントが簡単に確認できるようにしました。装置に流入する流れを想定するため、エアフィルタ下流の乱流を模倣するために、いくつかの乱流パターンをテストしました。その後、グリッド線の厚さとグリッドの流れ方向長さの設計変数をテストした後、グリッド線の数について調査を行います。


もちろんここでの"グリッド"とは、メッシュモデルのことではなく、エアフロートランスフォーマのことを指します。以下の結果では、乱流特性(vorticity magnitude)を可視化した代表結果を紹介します。


overallview

図4：解析結果の可視化例


最小グリッドの結果


最もグリッドが少ないケースは、10本のグリッド線によるシミュレーションとなります。


Lrg mesh in front

図5：最小グリッド - グリッド直前


Lrg mesh back

図6：最小グリッド - グリッド直後


中間グリッドの結果


最大と最小の間となるミドルサイズでは約20本のグリッド線でのシミュレーションとなります。


Mid mesh in front

図7：中間グリッド - グリッド直前


Mid mesh back

図8:中間グリッド - グリッド直後


最大グリッドの結果


最大数は約40本のグリッド線となりますが、この装置に対しては多すぎる可能性があります。


Fin mesh in front

図9：最大グリッド - グリッド直前


Fin mesh back

図10：最大グリッド - グリッド直後


まとめ


実際の装置はこの記事の内容よりもはるかに複雑であることは間違いありませんが、このようなアプリケーションや解析事例についてもCAESESが対応できることを確認することができました。CAESESでは、あらゆるユーザーがやってみたいと考えることや頭に潜めていたアイデアを、モデリングと最適化を通して実現させることが可能であると我々は考えています。


本事例は、CAESES®開発元のFRIENDSHIP SYSTEMSからの提供事例を日本語翻訳したものとなります。