JP2022129255A - 管 - Google Patents

Abstract

【課題】例えば、エンジン停止後に、極低温下でソークされた場合であっても、管内のガスに含まれる水分（水蒸気）が凝縮することにより発生する凝縮水が集まって凍結することを抑制でき、管が閉塞してしまうことを防止することが可能な管を提供する。【解決手段】ＧＰＦ配管４４は、軸を含むように鉛直方向に沿って切断した縦断面で見た場合に、内面に、下方から上方に向けて伸び、毛細管現象を生じさせる複数の毛細溝４５が形成されている。複数の毛細溝４５それぞれは、溝幅が、上方に行くにしたがって細くなるように形成されている。また、複数の毛細溝４５それぞれは、一本の毛細溝４５から、より細い毛細溝４５が順次分岐して伸びるように形成されている。【選択図】 図４

Description

本発明は、管に関する。

近年、ガソリンエンジンの直噴化（筒内噴射化）の促進により、ガソリンエンジンでのＰＭ（粒子状物質）対策として、排気ガスに含まれるＰＭを捕集除去するＧＰＦ（ガソリン・パティキュレート・フィルタ）が提案されている。

ここで、特許文献１には、内燃機関の排気管に設けられ排気中のＰＭを捕集するＧＰＦと、排気の一部をＥＧＲガスとして吸気通路側に還流させるＥＧＲ装置とを備える内燃機関の排気処理装置が開示されている。ＥＧＲ装置は、ＧＰＦの上流側からＥＧＲガスを還流させる第１ＥＧＲ経路と、ＧＰＦの下流側からＥＧＲガスを還流させる第２ＥＧＲ経路とを有するとともに、それら各ＥＧＲ経路のいずれによりＥＧＲガスを還流させるかを切り替える経路切替弁を有している。また、この内燃機関の排気処理装置では、ＧＰＦのＰＭ堆積量を検知するため、ＧＰＦの上流側と下流側との圧力差（差圧）を検出する差圧センサを有している。

そして、ＥＣＵは、ＧＰＦのＰＭ捕集率が所定以上であるか否かを判定し、ＰＭ捕集率が所定以上であると判定した場合に、第１ＥＧＲ経路によりＥＧＲを実施する一方、ＰＭ捕集率が所定以上でないと判定した場合に、第２ＥＧＲ経路によりＥＧＲを実施するように経路切替弁の経路切り替えを制御する。

特開２０１５－２２２０２８号公報

ところで、エンジンの排気ガス中には、ガソリン等の燃焼により生じた水分（水蒸気）が多く含まれる。そのため、例えば、エンジン停止後に、極低温の環境下でソークされた場合、排気ガス中の水分（水蒸気）が凝縮して凝縮水が発生し、その凝縮水が集まって凍結して配管を閉塞させてしまうおそれがある。例えば、上述した特許文献１に開示された内燃機関の排気処理装置では、第１ＥＧＲ経路（配管）、第２ＥＧＲ経路（配管）、及び、ＧＰＦの上流側、下流側それぞれと差圧センサとを連通する配管などにおいて、凝縮水の凍結による管の閉塞が生じるおそれがある。

本発明は、管が閉塞してしまうことを防止することが可能な管を提供することを目的とする。

本発明の一形態に係る管は、軸を含むように鉛直方向に沿って切断した縦断面で見た場合に、内面に、下方から上方に向けて伸び、毛細管現象を生じさせる複数の毛細溝が形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、例えば、エンジン停止後に、極低温下でソークされた場合であっても、管内のガスに含まれる水分（水蒸気）が凝縮することにより発生する凝縮水が集まって凍結することを抑制でき、管が閉塞してしまうことを防止することが可能となる。

実施形態に係る管、及び、該管が適用されたエンジンの構成を示す図である。 実施形態に係る管の外観を示す図である。 図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿った断面図である（水平方向に沿って切断した横断面を上方から見た図である）。 実施形態に係る管を鉛直方向に沿って切断した縦断面図である。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、特に区別する必要がある場合を除いて、図中、同一又は相当部分には同一符号を用いることとする。また、各図において、同一要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。

まず、図１～図４を併せて用いて、実施形態に係るＧＰＦ配管４４（特許請求の範囲に記載の管に相当）の構成について説明する。図１は、ＧＰＦ配管４４および該ＧＰＦ配管４４が適用されたエンジン１０の構成を示す図である。図２は、ＧＰＦ配管４４の外観を示す図である。図３は、図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿った断面図である（水平方向に沿って切断した横断面を上方から見た図である）。図４は、ＧＰＦ配管４４を鉛直方向に沿って切断した縦断面図である。なお、詳細は後述するが、以下、本発明に係る管をＧＰＦ配管４４に適用した場合を例にして説明する。また、管には、可撓性をもつ管（ホース）を含むものとする。

エンジン１０は、例えば水平対向型の４気筒ガソリンエンジンである。また、エンジン１０は、シリンダ内（筒内）に燃料を直接噴射する筒内噴射式のエンジンである。エンジン１０では、エアクリーナ１６から吸入された空気が、吸気管１５に設けられた電子制御式スロットルバルブ（以下、単に「スロットルバルブ」ともいう）１３により絞られ、インテークマニホールド１１を通り、エンジン１０に形成された各気筒に吸入される。ここで、エアクリーナ１６から吸入された空気の量は、エアクリーナ１６とスロットルバルブ１３との間に配置されたエアフローメータ１４により検出される。また、インテークマニホールド１１を構成するコレクター部（サージタンク）の内部には、インテークマニホールド１１内の圧力（吸気マニホールド圧力）を検出するバキュームセンサ３０が配設されている。さらに、スロットルバルブ１３には、該スロットルバルブ１３の開度を検出するスロットル開度センサ３１が配設されている。

シリンダヘッドには、気筒毎に吸気ポート２２と排気ポート２３とが形成されている（図１では片バンクのみ示した）。各吸気ポート２２、排気ポート２３それぞれには、該吸気ポート２２、排気ポート２３を開閉する吸気バルブ２４、排気バルブ２５が設けられている。吸気バルブ２４を駆動する吸気カム軸と吸気カムプーリとの間には、吸気カムプーリと吸気カム軸とを相対回動してクランク軸１０ａに対する吸気カム軸の回転位相（変位角）を連続的に変更して、吸気バルブ２４のバルブタイミング（開閉タイミング）を進遅角する可変バルブタイミング機構２６が配設されている。この可変バルブタイミング機構２６により吸気バルブ２４の開閉タイミングがエンジン運転状態に応じて可変設定される。

同様に、排気カム軸と排気カムプーリとの間には、排気カムプーリと排気カム軸とを相対回動してクランク軸１０ａに対する排気カム軸の回転位相（変位角）を連続的に変更して、排気バルブ２５のバルブタイミング（開閉タイミング）を進遅角する可変バルブタイミング機構２７が配設されている。この可変バルブタイミング機構２７により排気バルブ２５の開閉タイミングがエンジン運転状態に応じて可変設定される。

エンジン１０の各気筒には、シリンダ内に燃料を噴射するインジェクタ１２が取り付けられている。インジェクタ１２は、高圧燃料ポンプ（図示省略）により加圧された燃料を各気筒の燃焼室内へ直接噴射する。

また、各気筒のシリンダヘッドには、混合気に点火する点火プラグ１７、及び該点火プラグ１７に高電圧を印加するイグナイタ内蔵型コイル２１が取り付けられている。エンジン１０の各気筒では、吸入された空気とインジェクタ１２によって噴射された燃料との混合気が点火プラグ１７により点火されて燃焼する。燃焼後の排気ガスは排気管１８を通して排出される。

排気管１８の集合部の下流かつ排気浄化触媒２０Ａの上流には、空燃比センサ１９が取り付けられている。空燃比センサ１９としては、排気ガス中の酸素濃度、未燃ガス濃度に応じた信号（すなわち混合気の空燃比に応じた信号）を出力でき、空燃比をリニアに検出することができるリニア空燃比センサ（ＬＡＦセンサ）が用いられる。

ＬＡＦセンサ１９の下流には排気浄化触媒２０Ａが配設されている。排気浄化触媒２０Ａは三元触媒であり、排気ガス中の炭化水素（ＨＣ）及び一酸化炭素（ＣＯ）の酸化と、窒素酸化物（ＮＯｘ）の還元を同時に行い、排気ガス中の有害ガス成分を無害な二酸化炭素（ＣＯ_２）、水蒸気（Ｈ_２Ｏ）及び窒素（Ｎ_２）に清浄化するものである。

排気浄化触媒２０Ａの下流側には、排気ガス中に含まれるＰＭ（粒子状物質）を捕集するＧＰＦ（ガソリン・パティキュレート・フィルタ）２０Ｂが配設されている。すなわち、排気浄化触媒２０ＡによってＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘが浄化され、その後、ＧＰＦ２０Ｂを通すことでＰＭが補集される。ＧＰＦ２０Ｂとしては、例えば、コーディエライト等の耐熱性セラミックスをハニカム構造に形成し、ガス流路となる多数のセルを、入口側、出口側が互い違いとなるように端面に封をして形成された所謂クローズドタイプ（ウォールフロータイプ）のものが好適に用いられる。

また、ＧＰＦ２０ＢのＰＭ堆積量を検知するために、ＧＰＦ２０Ｂの上流側と下流側とを連通する配管（ＧＰＦ配管）４４上には、ＧＰＦ２０Ｂの上流側と下流側との圧力差（差圧）を検出する差圧センサ４３が設けられている。

排気管１８には、エンジン１０から排出された排気ガスの一部を、エンジン１０のインテークマニホールド１１に再循環させる排気ガス再循環装置（以下「ＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）装置」という）４０が設けられている。ＥＧＲ装置４０は、エンジン１０の排気管１８とインテークマニホールド１１とを連通するＥＧＲ配管４１、及びＥＧＲ配管４１上に介装され、排気ガス還流量（ＥＧＲ流量）を調節するＥＧＲバルブ４２を有している。ＥＧＲバルブ４２は、エンジン１０の運転状態に応じて、後述する電子制御装置５０によって開度（ＥＧＲＳＴＰ）が制御される。

上述したエアフローメータ１４、ＬＡＦセンサ１９、バキュームセンサ３０、スロットル開度センサ３１に加え、エンジン１０のカムシャフト近傍には、エンジン１０の気筒判別を行うためのカム角センサ３２が取り付けられている。また、エンジン１０のクランクシャフト１０ａ近傍には、クランクシャフト１０ａの回転位置を検出するクランク角センサ３３が取り付けられている。ここで、クランクシャフト１０ａの端部には、例えば、２歯欠歯した３４歯の突起が１０°間隔で形成されたタイミングロータ３３ａが取り付けられており、クランク角センサ３３は、タイミングロータ３３ａの突起の有無を検出することにより、クランクシャフト１０ａの回転位置を検出する。カム角センサ３２及びクランク角センサ３３としては、例えば電磁ピックアップ式のものなどが用いられる。

これらのセンサは、電子制御装置（以下「ＥＣＵ」という）５０に接続されている。さらに、ＥＣＵ５０には、エンジン１０の冷却水の温度を検出する水温センサ３４、潤滑油の温度を検出する油温センサ３５、アクセルペダルの踏み込み量すなわちアクセルペダルの開度を検出するアクセルペダル開度センサ３６、及び、車両の速度を検出する車速センサ３７等の各種センサも接続されている。

ＥＣＵ５０は、演算を行うマイクロプロセッサ、該マイクロプロセッサに各処理を実行させるためのプログラム等を記憶するＥＥＰＲＯＭ、演算結果などの各種データを記憶するＲＡＭ、バッテリ等によってその記憶内容が保持されるバックアップＲＡＭ、及び、入出力Ｉ／Ｆ等を有して構成されている。また、ＥＣＵ５０は、インジェクタ１２を駆動するインジェクタドライバ、点火信号を出力する出力回路、及び、電子制御式スロットルバルブ１３を開閉する電動モータ１３ａを駆動するモータドライバ等を備えている。

ＥＣＵ５０では、カム角センサ３２の出力から気筒が判別され、クランク角センサ３３の出力から回転角速度およびエンジン回転数が求められる。また、ＥＣＵ５０では、上述した各種センサから入力される検出信号に基づいて、吸入空気量、吸気管負圧、アクセルペダル開度、混合気の空燃比、及び、エンジン１０の水温や油温等の各種情報が取得される。そして、ＥＣＵ５０は、取得したこれらの各種情報に基づいて、燃料噴射量や点火時期、及び、スロットルバルブ１３やＥＧＲバルブ４２等の各種デバイスを制御することによりエンジン１０を総合的に制御する。

本実施形態（エンジン１０）では、上述したＧＰＦ配管４４に、例えば、エンジン停止後に、極低温下でソークされた場合であっても、ＧＰＦ配管４４内のガスに含まれる水分（水蒸気）が凝縮することにより発生する凝縮水が集まって凍結することを抑制でき、ＧＰＦ配管４４が閉塞してしまうことを防止するする機能を有する管を適用した。なお、ＧＰＦ配管４４に加えて、ＥＧＲ配管４１等に適用してもよい。

ＧＰＦ配管４４は、図２に示されるように、例えば、円筒状に形成されている。ＧＰＦ配管４４は、図４に示されるように、軸を含むように鉛直方向に沿って切断した縦断面で見た場合に、その内面に、下方（車体下方、下側）から上方（車体上方、上側）に向けて伸び、毛細管現象を生じさせる複数の毛細溝（微細溝）４５が形成されている。なお、毛細溝４５の溝幅は、毛細管現象を生じさせるため、例えば、１ｍｍ以下に設定されることが好ましい。

特に、複数の毛細溝４５それぞれは、軸を含むように鉛直方向に沿って切断した縦断面で見た場合に、溝幅が、上方（車体上方、上側）に行くにしたがって細くなるように形成されている。なお、毛細溝４５の断面形状は、毛細管現象を生じさせることができればよく、例えば、断面Ｕ字状や断面Ｖ字状に形成される。

また、複数の毛細溝４５それぞれは、一本の毛細溝４５から、より細い毛細溝４５が順次分岐（枝分かれ）して伸びるように形成されている。

さらに、複数の毛細溝４５それぞれは、曲線状又は直線状に、かつ、軸に対して斜め方向又は鉛直（垂直）方向に伸びるように形成されていることが好ましい。

そのため、複数の毛細溝４５それぞれは、例えば、植物の根状、木の枝状、火炎状、又は、網状等に形成される。

さらに、複数の毛細溝４５は、ＧＰＦ配管４４の内面全体にわたって形成されていることが好ましい。

ここで、ＧＰＦ配管４４は、例えば、ＳＵＳ等の金属や、ゴム、樹脂などの素材から形成される。

また、内面に毛細溝４５が形成されたＧＰＦ配管４４は、例えば、毛細溝４５を形成するための突起が設けられた中子を管の内側に入れ、該管を押し広げつつ（拡管しつつ）押し出すことにより製造することができる。又は、例えば、毛細溝４５以外の内面をマスキングした後、アルカリ性の溶液等を用いて、毛細溝４５のみを溶かすこと（エッチング）により製造することができる。

以上、詳細に説明したように、本実施形態によれば、内面に、下方（下側）から上方（上側）に向けて伸び、毛細管現象を生じさせる複数の毛細溝４５が形成されている。そのため、ＧＰＦ配管４４の底部に溜った凝縮水が毛細管現象により毛細溝４５に沿って引き上げられる。また、毛細溝４５により、ＧＰＦ配管４４の内壁面に付着した凝結水が下側に垂れることが抑制される。よって、凝縮水が一か所に集まることなく、毛細溝４５に沿って分散される。その結果、例えば、エンジン停止後に、極低温下でソークされた場合であっても、ＧＰＦ配管４４内の排気ガスに含まれる水分（水蒸気）が凝縮することにより発生する凝縮水が集まって凍結することを抑制でき、ＧＰＦ配管４４が閉塞してしまうことを防止することが可能となる。

また、そのため、例えば、凝縮水が一か所に集まらないように傾斜をつける等の配管レイアウトを工夫する必要がなくなり、配管レイアウトの自由度を向上することができる。また、例えば、凍結した凝縮水を融解させるためのプリヒータ機構等を設ける必要がなくなるため、コストの上昇を防止することもできる。さらに、例えば、凍結した凝縮水が溶解するまでセンサ（差圧センサ４３等）によるセンシングを停止する必要がなくなるため、凍結した凝縮水が溶解するまでの間、該センサを用いた制御の精度が低下することを防止することもできる。

本実施形態によれば、複数の毛細溝４５それぞれの溝幅が、上方（上側）に行くにしたがって細くなるように形成されている。そのため、毛細管現象を利用して、ＧＰＦ配管４４の底部に溜った凝縮水を、毛細溝４５に沿って、下方（下側）から上方（上側）まで効果的に引き上げることができる。

本実施形態によれば、複数の毛細溝４５それぞれが、一本の毛細溝４５から、より細い毛細溝４５が順次分岐（枝分かれ）して伸びるように形成されている。そのため、毛細管現象を利用して、ＧＰＦ配管４４の底部に溜った凝縮水を、毛細溝４５に沿って、下方（下側）から上方（上側）までより効果的に引き上げることができる。

本実施形態によれば、複数の毛細溝４５それぞれが、例えば、植物の根状、木の枝状、火炎状、又は、網状に形成されている。そのため、ＧＰＦ配管４４の内面に広く、かつ、効果的に、凝縮水を分散させることができる。また、ＧＰＦ配管４４が用いられる車両の停止状態（傾き）による影響等も受け難くすることができる。

本実施形態によれば、複数の毛細溝４５が、ＧＰＦ配管４４の内面全体にわたって形成されている。そのため、ＧＰＦ配管４４の内面全体にわたり、広く凝縮水を分散させることができる。

本実施形態によれば、凝縮水を生じやすい排気ガスが通り、かつ、比較的小径なことから、極低温化でソークした場合に閉塞し易いＧＰＦ配管４４に適用することにより、より効果的に、凝縮水が集まって凍結することを抑制でき、ＧＰＦ配管４４が閉塞してしまうことを防止することが可能となる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、毛細溝４５の形状は、毛細管現象を生じさせることができればよく、上記実施形態の形状には限られない。例えば、フラクタル形状やその他の幾何学形状を採用してもよい。

また、上記実施形態では、本発明に係る管をＧＰＦ配管４４に適用した場合を例にして説明したが、ＧＰＦ配管４４に代えて、又は、加えて、例えば、ＥＧＲ配管４１に適用してもよい。また、排気管１８等に適用してもよい。また、ＧＰＦ配管４４に代えて、例えば、ＤＰＦの上流側と下流側とを連通するＤＰＦ配管に適用してもよい。さらに、車以外の配管にも適用することができる。

１０ エンジン
２０Ａ 排気浄化触媒
２０Ｂ ＧＰＦ
４０ 排気ガス再循環装置
４１ ＥＧＲ配管
４２ ＥＧＲバルブ
４３ 差圧センサ
４４ ＧＰＦ配管（管）
４５ 毛細溝
５０ ＥＣＵ

Claims (5)

1. 軸を含むように鉛直方向に沿って切断した縦断面で見た場合に、内面に、下方から上方に向けて伸び、毛細管現象を生じさせる複数の毛細溝が形成されていることを特徴とする管。
2. 前記複数の毛細溝それぞれは、軸を含むように鉛直方向に沿って切断した縦断面で見た場合に、溝幅が、上方に行くにしたがって細くなるように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の管。
3. 前記複数の毛細溝それぞれは、一本の毛細溝から、より細い毛細溝が順次分岐して伸びるように形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の管。
4. 前記複数の毛細溝それぞれは、曲線状又は直線状に、かつ、軸に対して斜め方向又は鉛直方向に伸びるように形成されていることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の管。
5. 前記複数の毛細溝それぞれは、軸を含む断面で見た場合に、根状、枝状、火炎状、又は、網状に形成されていることを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の管。

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