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解析事例・インタビュー

株式会社ケーヒン 様
自動車業界においても年々高まる騒音対策
より要求の厳しい車内空調機器の音解析に励む

流れの解析よりも取り組み難いとされる音の解析。だが空調機器やファンなどの動作機構を持つ部品に対する騒音低減の要求は年々高まっている。中でも自動車の空調機器は、エンジンのハイブリッド化や電気自動車の登場もあり、低騒音の要求が高い分野だ。車内空調を手掛けるケー
ヒンでは、SCRYU/Tetra®の機能をフル活用して、騒音源の特定やその対策などを行っている。

写真1 空調事業本部 空調開発部  
技師 鷲足純哉 氏  

写真2 空調事業本部 空調開発部  
第一課 主任 小野寺淳 氏  

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 ケーヒンは自動車の各種部品を手掛ける世界的なシステム部品メーカーである。四輪、二輪、および汎用、またレース用の自動車などに組み込まれる、空調系統やトランスミッション系統、エンジン系統、さらには燃料噴射制御をはじめとする各種電子制御ユニットに関する研究開発および設計、製造までを行う。

 ケーヒン 空調事業本部 空調開発部の技師である鷲足純哉氏(写真1)と同部第一課の主任である小野寺淳氏(写真2)が研究開発に携わっているのが、HVAC(heating ventilation and airconditioning)ユニットと呼ばれる、自動車室内向けの空調装置である。自動車の空調システムは、HVACユニット、コンプレッサ、およびコンデンサから構成される。HVACユニットの役割は、温風または冷風を作り、車内の適切な場所に送風して、快適な車内環境を保つことだ。またフロントガラスへ送風することで、曇り取りなどの役割を果たすこともある。HVACユニットは、適量の風と温度を適切な場所に送るヒータユニット部と、送風するためのブロワユニット部から構成される。(図3)

図3 HVACユニットの構造
ブロワユニット(左下の円筒部分)とヒータユニットからなる(クリックで拡大)

環境対応車で室内騒音への要求が高まる


 空調システムは人が乗る空間と直接つながっているため、要求も厳しくなる。かつては冷暖房だけでよかったが、今は騒音や振動の低減、さらに消臭や花粉、PM2.5の除去まで、要求の幅はさまざまに広がっているという。とくに騒音や振動に対する要求が高まっている背景には、ハイブリッド車や電気自動車の増加がある。これらの環境対応車は、エンジン音が全くないか必要なときに限られるため、相対的に動力音以外が目立ってしまう。このため、完成車メーカーの低騒音化の要求は年々高まっているという。

 「試作品を作るとコストがかさみ大変です。事前に性能予測や騒音個所などを確認できるCAEの重要性は高まっています」(鷲足氏)。なお花粉やPM2.5といった微粒子に対しては、フィルタの改良などによって対応するが、車室内に供給する風量は維持する必要がある。風量に関する指標である通気抵抗の大きさを開発初期段階に知る必要があり、その点からもシミュレーションの重要性は高まっている。

ヒータユニットからブロワへと展開

 同社ではさまざまな解析を行っており、流体解析や騒音解析もその一部だ。流体解析については、1999年に別の流体解析ツールを使い、ヒータユニット内の流れの解析を始めた。さらに設計者展開のために2002年に機能が限定された流体解析ツールを導入した。社外に依頼してヒータユニットのシミュレーションのカスタマイズツールを作成し、設計者による解析を開始した。これはヒータユニット内の流れ場にのみ対応したものだ。さらに2003年に、ブロワやその駆動モーターなどの回転流れ場に適用するために、SCRYU/Tetra®を導入した。

 SCRYU/Tetra®の活用用途はブロワの流れ場の解析が大半を占めている。ブロワへの適用例は、例えば回転体の非定常解析による流れの可視化や流量予測、P-Q特性の予測や流体騒音予測といったものであり、新規形状の性能評価や改良形状に用いることが多いという。最近では単に性能を評価するだけでなく、“ブロワの中で何が起こっているのか”より良く現象を理解するため、様々な角度から現象の解明を試み、改善に繋げているそうだ。

 開発フローの中では、開発の初期段階や企画段階での形状検討に用いるいわゆるフロントローディングの実践に力を入れている。近年の試作レスを目指した動きからも“物を作らずに評価する”ことの重要性は高まってきており、今後の重要課題でもあるという。

図4 ブロワ性能(P-Q特性)をシミュレーション
に​より予測(クリックで拡大)

 SCRYU/Tetra®を使った製品設計における例が、ブロワ性能(P-Q特性)をシミュレーションによって予測したものだ(図4)。ブロワ性能はエアコン性能を決める大きな要素であり、設計上の重要ポイントでもある。ブロワ解析によって得られる羽根にかかるトルクと、実験から得られるモーターのトルク特性との関係を手掛かりに、車内での電圧におけるP-Q特性を割り出した。
 

※SCRYU/Tetraは、日本における株式会社ソフトウェアクレイドルの登録商標です。
※その他、本インタビュー記事に記載されている会社名、製品・サービス名は、各社の商標または登録商標です。
※本インタビュー記事の内容は2013年6月現在のもので、予告なしに変更する場合があります。また、誤植または図、写真の誤りについて弊社は一切の責任を負いません。

プロフィール



 

株式会社ケーヒン
設立 1956年12月
事業内容 自動車部品の製造販売
代表者 代表取締役社長 田内 常夫
本社所在地 東京都新宿区
資本金 69億32百万円(2013年3月31日現在)
URL http://www.keihin-corp.co.jp/

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