JP5283898B2 - 排気ガス再循環装置および車両 - Google Patents

Description

この発明は排気ガス再循環装置および車両に関し、特にエンジンからの排気を取出し、それをエンジン吸気に送る排気ガス再循環装置および車両に関する。

自動車などのエンジンにおいて、排気側から排気ガスの一部を取出し、それをエンジン吸気側に送るＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ：排気ガス再循環）装置が知られている。これは、排気ガスによりエンジン内での燃料の燃焼を抑制させて燃焼温度を下げることにより、ＮＯｘ（窒素酸化物）の発生を低減させるものである。

図１４は、従来のＥＧＲ装置の構成を示す図である。

図において矢印は、パイプ内のガスなどの流路を示している。エンジン１０１には吸気側にインテークマニホールド１１１が接続されており、排気側にエキゾーストマニホールド１０９が接続されている。エキゾーストマニホールド１０９に入る前の排気の一部は、排気取出し経路ＥＧＲ１により、流量調整用バルブＶ１、ＥＧＲクーラー３０１、および圧力調整用バルブＶ３を介してインテークマニホールド１１１に送られる。

ＥＧＲクーラー３０１には冷却水が流されることで、排気取出し経路ＥＧＲ１内の高温の排気ガスの温度が下げられる。

流量調整用バルブＶ１は、排気側から取出す排気ガスの量を制御するためのバルブである。圧力調整用バルブＶ３は、吸気スロットルの役割を果たし、排気取出し経路ＥＧＲ１内の排気ガスが逆流することを防止するためのバルブである。

このようなＥＧＲ装置では、排気取出し経路ＥＧＲ１の一部がヘッドシリンダ内に形成されている。

下記特許文献１においては、排気側から排気ガスの一部を抜き出して吸気側へ再循環するＥＧＲ装置が開示されている。ＥＧＲパイプの途中に水冷式ＥＧＲクーラが装備される。水冷式ＥＧＲクーラの下流側に、空冷式ＥＧＲクーラが装備される。

特許文献１の技術は、吸気側へ再循環される排気ガスを水冷式ＥＧＲクーラにて冷却水との熱交換により約百数十℃まで冷却した後に、空冷式ＥＧＲクーラにて外気との熱交換により数十℃まで冷却するものである。これにより、エンジン冷却用の冷却水の温度（約８０℃）より低い温度まで排気ガスの温度を低減させることができる。

下記特許文献２においては、ディーゼルエンジンの始動制御装置が開示されている。

ディーゼルエンジンがアイドリングストップ状態に移行した際には、エンジンルーム内、又はインタークーラバイパスを含む吸気系統の配管内に存在する空気の温度は、外気に比べて高くなっている。特許文献２の技術はこれを利用し、温度の高い空気を吸気としてエンジン本体の燃焼室に供給するものである。

下記特許文献３においては、低温始動時、低負荷運転時には、ＥＧＲクーラで冷却されない排気ガス（ホットＥＧＲガス）をエンジン吸気側に導入して燃焼を活発化させて、ＨＣ、白煙などの発生を抑制する排気ガス還流装置が開示されている。

下記特許文献４においては、エンジンの排気ガス再循環装置において、排気ガスを吸入空気に戻すための通路の一部に、排気ガス冷却用の熱交換器を配置するものが開示されている。
特開２００２−１８８５２６号公報 特開２００６−４６１９９号公報 特開平１１−２００９５５号公報 特開平７−１６６９７３号公報

ＥＧＲの目的は、主に排ガス中のＮＯｘ低減と、燃費の低減である。そのためにはＥＧＲでは、排気ガスを冷却して使うほど効果が高い。

しかしながら、上記特許文献１の技術では、エンジン排出直後の高温状態の排気ガスを冷却するクーラーを２段に設置しているため、配管も含めて部品点数が増え、コストアップにつながるという問題がある。また、ＥＧＲ経路が複雑であり、組立て性、メンテナンス性が悪いという問題がある。

さらに、ＥＧＲクーラーのバイパスが無いため、排気ガスを温かいまま使用できないという問題がある。エンジンの冷間始動時などには、排気煙対策として、シリンダ内に流入する吸気の温度を上昇させることが有効である。従来はグロープラグの発熱によって筒内温度を上げていたが、特許文献１の技術では常に排気ガスが冷却されてしまう。

また、特許文献２の技術に関しては、以下の問題がある。エンジンルームおよび吸気系内部に残留する空気は温かいが、高い筒内圧を必要としない着火を実現するには不十分で、効果が乏しい。

より高温状態が得られる筒内圧縮後の空気をシリンダ内に流入させる方が、始動性向上の効果は大きい。しかしながら、特許文献２の技術では、そのような動作を行なうことが不可能である。

特許文献３の技術によると、エンジン始動時はＥＧＲクーラーを介さずに温かい排気ガスをそのまま吸気に導入することができる。高負荷時には、ＥＧＲクーラーを経由して冷却された排気ガスを吸気に導入することができる。しかし、排気ガスの取り出し位置は、シリンダからの排出直後の１ヶ所のみである。この位置の排気ガスは高温であり、十分冷却するには大型のクーラーが必要である。

特許文献４の技術においても、排気ガス取り出し位置は、シリンダからの排出直後の１ヶ所（エキゾーストマニホールド）のみであり、排気ガスを十分冷却するには大型のクーラーが必要である。

この発明はそのような問題点を解決するためになされたものであり、効率よく冷却された排気を用いることができる排気ガス再循環装置および車両を提供することを目的としている。

上記目的を達成するためこの発明のある局面に従うと、排気ガス再循環装置は、エンジンからの排気を取出し、それをエンジン吸気に送る排気取出し経路を備え、排気取出し経路は、エンジンからの排気を、車両のフレームの中空通路の中、またはフレームに接触して固定され、フレーム一体とすることで放熱面積を確保したパイプの中を通すことで、フレームにより放熱を行なって冷却する経路を含む。

この発明によると、取出した排気を、車両のフレームの中、またはフレームに取付けられたパイプの中を通すことができる。車両のフレーム、またはフレームに取付けられたパイプのいずれかでエンジンからの排気を冷却することができるため、効率よく冷却された排気をエンジン吸気に送ることができる排気ガス再循環装置を提供することが可能となる。

好ましくは排気取出し経路は、少なくともターボチャージャーを出た後の排気を取出し、それをエンジン吸気に送る低温排気取出し経路であり、排気ガス再循環装置は、エンジンからの排気を、少なくともそれがターボチャージャーに入る前で取出し、それをエンジン吸気に送る高温排気取出し経路と、エンジンの運転状況に応じて、高温排気取出し経路と低温排気取出し経路とでエンジン吸気に送られる排気の流れを制御する制御手段とをさらに備える。

この発明によると、高温排気取出し経路および低温排気取出し経路では、エンジンからの排気の取出し位置が異なる。これにより、比較的高温の排気と、比較的低温の排気とをエンジン吸気に送ることが可能となる。また、低温排気取出し経路によって少なくともターボチャージャーを出た後の排気を取出すことで、効率よく冷却された排気をエンジン吸気に用いることが可能となる。

好ましくは低温排気取出し経路は、エンジンからの排気をターボチャージャーのコンプレッサーの上流側に送り、高温排気取出し経路は、エンジンからの排気をターボチャージャーのコンプレッサーの下流側に送る。

このような構成を採用することで、少なくともターボチャージャーを出た後の比較的低圧の排気を、低圧であるターボチャージャーのコンプレッサーの上流側に送ることができる。また、ターボチャージャーに入る前で取出した高圧の排気を、高圧であるコンプレッサーの下流側に送ることができる。

好ましくは排気ガス再循環装置は、エンジンからの排気を、少なくともそれがマフラーに入る前で取出し、それをエンジン吸気に送る高温排気取出し経路をさらに備え、排気取出し経路は、エンジンからの排気を高温排気取出し経路の取出し位置よりも下流で取出し、それをエンジン吸気に送る低温排気取出し経路であり、エンジンの運転状況に応じて、高温排気取出し経路と低温排気取出し経路とでエンジン吸気に送られる排気の流れを制御する制御手段を備える。

この発明によると、高温排気取出し経路および低温排気取出し経路では、エンジンからの排気の取出し位置が異なる。これにより、比較的高温の排気と、比較的低温の排気とをエンジン吸気に送ることが可能となる。さらに、低温排気取出し経路によって、車両のフレームの中、またはフレームに取付けられたパイプの中を通すことで冷却した後の排気をエンジン吸気に送ることで、効率よく冷却された排気をエンジン吸気に用いることが可能となる。

好ましくは低温排気取出し経路は、少なくともマフラーを経由した排気を取出し、それをエンジン吸気に送る排気取出し経路である。

このように、低温排気取出し経路によって少なくともマフラーを経由した排気を取出すことで、効率よく冷却された排気をエンジン吸気に用いることが可能となる。

好ましくは排気ガス再循環装置は、高温排気取出し経路を通る排気と、低温排気取出し経路を通る排気とを混合するための混合用排気取出し経路をさらに備え、制御手段は、エンジンの運転状況に応じて、混合用排気取出し経路の排気の流れを制御する。

このように高温排気取出し経路を通る排気と、低温排気取出し経路を通る排気とを混合するための混合用排気取出し経路を設けることで、エンジン吸気に送る排気の状態をより細かく制御することが可能となる。

この発明の他の局面に従うと車両は、エンジンと、エンジンに接続される、上述のいずれかに記載の排気ガス再循環装置とを備える。

この発明によると、効率よく冷却された排気をエンジン吸気に用いることが可能な車両を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について説明する。

［概要］

本発明の実施の形態における排気ガス再循環装置を備えたエンジンは、排気取出し経路を少なくとも２つ有する。排気取出し経路ＥＧＲ１の排気取出し位置は、排気バルブ直後などの排気ガスが高温である部分（高温部）とされる。排気取出し経路ＥＧＲ２の排気取出し位置は、排気管途中の排気ガスが冷えた部分（低温部）とされる。エンジンの運転状況に応じて用いる排気取出し経路が切り替えられる。

排気取出し経路ＥＧＲ１で取出された高温の排気は、エンジン始動時などに使用される。排気取出し経路ＥＧＲ２で取出された低温の排気は、高負荷時などに使用される。

例えば、高温部の排気取出し位置は、排気ポートからターボチャージャーまでの間のいずれかの位置とし、低温部の排気取出し位置は、ターボチャージャーの下流のいずれかの位置とすることができる。

または、高温部の排気取出し位置は、少なくとも排気がマフラーに入る前までの位置とし、低温部の排気取出し位置は、排気ガスが少なくともマフラーを経由した後の位置（マフラー出口付近）とすることができる。

また、排気取出し経路ＥＧＲ２は、取出した排気を、車両のフレームの中、またはフレームに取付けられたパイプの中を通すことで冷却した後、それをエンジン吸気に送る経路とすることができる。

［第１の実施の形態］

図１は、本発明の第１の実施の形態における自動二輪車（鞍乗型車両の一例）の排気ガス再循環装置の構成を示す図である。

図を参照して、排気ガス再循環装置は、エンジン１０１（ここでは４気筒ディーゼルエンジンを想定している。）と、吸気をクリーニングするエアクリーナ１０７と、ターボチャージャー１０３に含まれる、吸気を圧縮するコンプレッサー１０３ｂと、圧縮された空気を冷却するインタクーラ１０５と、冷却された空気をエンジンの各気筒に送るインテークマニホールド１１１と、エンジン１０１の各気筒からの排気を纏めるエキゾーストマニホールド１０９と、ターボチャージャー１０３に含まれる、排気によりコンプレッサー１０３ｂを回転させるためのタービン１０３ａと、タービン１０３ａを出た排気を送るエキゾーストパイプ１１３と、排気の消音を行なうマフラー１１５と、マフラー１１５からの排気の一部を冷却する自動二輪車の車体フレーム１２１と、フレーム１２１により放熱が行なわれた後の排気ガスを冷却するＥＧＲクーラー１２３とを備えている。

排気取出し経路ＥＧＲ１は、エキゾーストマニホールド１０９から出た直後（あるいはエンジン１０１から出た直後）の排気ガスを、インタクーラ１０５を出た後のインテークマニホールド１１１に入る空気に混合させるための経路である。

排気取出し経路ＥＧＲ２は、エキゾーストマニホールド１０９からの排気ガスを、タービン１０３ａ、エキゾーストパイプ１１３、マフラー１１５、フレーム１２１、およびＥＧＲクーラー１２３で冷却し、それをエアクリーナ１０７を出た後の空気に混合させるための経路である。

また、排気取出し経路ＥＧＲ１の途中には、排気取出し経路ＥＧＲ１における排気ガスの流量を調節するためのバルブＶ１が、排気取出し経路ＥＧＲ２の途中には、排気取出し経路ＥＧＲ２における排気ガスの流量を調節するためのバルブＶ２が、それぞれ設けられている。

なお、インタクーラ１０５出口から伸びるパイプが排気取出し経路ＥＧＲ１と交わる位置の手前に、エンジンに送る空気の量を調整し、排気取出し経路ＥＧＲ１からインタクーラ１０５側への排気ガスの逆流を防ぐためのスロットルＳが設けられる。

図２は、図１の排気ガス再循環装置を搭載した自動二輪車の側面図である。

図に示されるように、前輪１５１の上にあるカウルにＥＧＲクーラー１２３が取付けられている。ＥＧＲクーラ１２３は、車体前方、例えばフロントフォークよりも前に搭載することが望ましい。また、後輪１５３の上にマフラー１１５が取付けられている。

排気取出し経路ＥＧＲ１は、エンジン１０１から出た直後の排気ガスを、エンジン１０１の吸気に混合させる経路として設けられている。排気取出し経路ＥＧＲ２の一部を構成するフレーム１２１は、自動二輪車の車体フレームを兼ねている。

また、フレーム１２１の途中には、水抜きおよびスス抜きのための経路１２５が設けられている。これは、ＥＧＲの経路途中であるフレーム途中の最下点において、水やススを自然落下させるものである。

すなわち、フレーム１２１が下方向（走行面方向）に屈曲している場所において、排気ガスを一時滞留させる容積体（小室）が設けられる。小室に入った空気の流速は低下する。これにより、凝縮水とススとが小室内に堆積する。水とススは、小室と外部を貫通する小径の孔から経路１２５を介して外部に排出される。この凝縮水とススとを排出する機構は、構造的にはエンジンのサイレンサに取り付けられるドレンと同じである。

図３は、フレーム１２１の側面図である。

ここでは、フレーム１２１として中空構造を有するものが用いられている。図中の点線は、フレーム中の仕切りを示す。矢印で排気ガスの経路が示されている。

フレーム１２１には、マフラー１１５からの排気ガスを導入するための排気ガス導入口１２１ａと、ＥＧＲクーラー１２３へ排気ガスを送るための排気ガス出口１２１ｂと、ＥＧＲクーラー１２３からの排気ガスを導入するための排気ガス導入口１２１ｃと、エンジンへ排気ガスを送るための排気ガス出口１２１ｄとが設けられている。

フレームは、腐食対策のため、ＳＵＳパイプで構成されることが望ましい。鉄フレームでもアルミフレームでも中空構造であり、排気通路内壁に腐食防止の処理が施されていれば、材質や製造方法によらず排気ガスの経路として適用することができる。

また、フレームには一部分に中空通路があれば、それを排気ガスの経路として利用でき、フレームから放熱を行なうことができる。

中空部の無い鋳造フレームであれば、ＳＵＳパイプでできた排ガス通路を、フレームに接触させて固定することで、フレーム一体となった排気ガスの経路とすることができる。すなわち、この場合も放熱面積を確保することができ、パイプ単体で排気ガスの経路を構成する場合と比較して、より高い排ガス冷却効果を得ることができる。また、パイプをフレームに一体的に固定することで、フレーム自体の強度アップにも効果がある。

図４は、図１の排気ガス再循環装置の制御回路のブロック図である。

排気ガス再循環装置には、車両の電気系統を制御するためのエンジン制御ユニット２０１と、エンジンの回転数を計測するエンジン回転数センサ２０３と、アクセルの開度を検出するアクセル開度センサ２０５と、冷却水の温度を検出するための冷却水温度センサ２０７と、オイルの温度を検出するためのオイル温度センサ２０９と、吸気の温度を検出するための吸気温度センサ２１１とが接続される。

なお、排気ガス再循環装置の制御のために、冷却水温度センサ２０７と、オイル温度センサ２０９とのいずれかの出力のみを用いるようにしてもよい。

エンジン制御ユニット２０１により、上述の排気取出し経路ＥＧＲ１における排気ガスの流量を調節するためのバルブＶ１、排気取出し経路ＥＧＲ２における排気ガスの流量を調節するためのバルブＶ２、および排気ガスの逆流を防ぐためのスロットルＳが制御される。

図５は、エンジン始動時の排気ガス再循環装置が実行する制御を示すフローチャートである。

ステップＳ１０１で、エンジンキーがＯＮとなると、ステップＳ１０３で、冷却水温度、または油温度が３０℃以下であるかが判定される。

ステップＳ１０３でＹＥＳであれば、ステップＳ１０５で排気取出し経路ＥＧＲ１のバルブＶ１を全開にし、排気取出し経路ＥＧＲ２のバルブＶ２を前閉にする。

一方、ステップＳ１０３でＮＯであれば、ステップＳ１１７で排気取出し経路ＥＧＲ１のバルブＶ１を全閉にし、排気取出し経路ＥＧＲ２のバルブＶ２を前開にする。

ステップＳ１０７でスタータスイッチがＯＮとなれば、ステップＳ１０９でエンジンのセルモータを回転させ、これによりクランク回転が開始する。

ステップＳ１１１において、クランク回転数が目標値以上になるまで待機し、ステップＳ１１３で燃料噴射を開始し、気筒内での燃焼を開始させる。

ステップＳ１１５において、センサ検出値などに基づいて、燃料噴射量、燃料噴射時期、燃料噴射回数、および燃料噴射圧を変更する。また、エンジン回転数、アクセル開度、冷却水温度または油温度、および吸気温度を検出し、各検出値の組合せ条件によって排気取出し経路ＥＧＲ１のバルブＶ１、および排気取出し経路ＥＧＲ２のバルブＶ２の開度を変更し、排気ガスのエンジンへの導入状態を切り替える。

図６は、図５のステップＳ１１５での制御を示す図である。

ここでは、（ａ）冷却水温度または油温度が２０℃未満（冷機状態）、（ｂ）冷却水温度または油温度が２０℃以上６０℃未満、（ｃ）冷却水温度または油温度が６０℃以上（暖機状態）のそれぞれの状態を想定し、それぞれの状態におけるアクセル開度とエンジン回転数とから、エンジン制御ユニット２０１がどのようにバルブＶ１およびＶ２の開度を調節するかが示されている。各状態では、以下の制御が行なわれる。

（ａ） 冷却水温度または油温度が２０℃未満（冷機状態）であるとき

アクセル開度、およびエンジン回転数に拘わらず、バルブＶ１を開き、バルブＶ２を全閉とすることで、排気取出し経路ＥＧＲ１の排気ガスのみをエンジンに送る。冷機状態のエンジンを暖機するためである。

（ｂ） 冷却水温度または油温度が２０℃以上６０℃未満であるとき

アクセル開度、およびエンジン回転数に応じて、バルブＶ１、Ｖ２の流量を制御する。

すなわちアクセル開度が全開であれば、エンジン回転数に拘わらず、バルブＶ１を全閉とし、バルブＶ２を開くことで、排気取出し経路ＥＧＲ２の排気ガスのみをエンジンに送る。

アクセル開度が中開であり、エンジン回転数が最低回転数または中回転数であれば、バルブＶ１およびバルブＶ２を開くことで、排気取出し経路ＥＧＲ１の排気ガス、および排気取出し経路ＥＧＲ２の排気ガスの双方をエンジンに送る。

アクセル開度が中開であり、エンジン回転数が最高回転数であれば、バルブＶ１を全閉とし、バルブＶ２を開くことで、排気取出し経路ＥＧＲ２の排気ガスのみをエンジンに送る。

アクセル開度が全閉であり、エンジン回転数が最低回転数であれば、バルブＶ１を開き、バルブＶ２を全閉とすることで、排気取出し経路ＥＧＲ１の排気ガスのみをエンジンに送る。

アクセル開度が全閉であり、エンジン回転数が中回転数であれば、バルブＶ１およびバルブＶ２を開くことで、排気取出し経路ＥＧＲ１の排気ガス、および排気取出し経路ＥＧＲ２の排気ガスの双方をエンジンに送る。

アクセル開度が全閉であり、エンジン回転数が最高回転数であれば、バルブＶ１を全閉とし、バルブＶ２を開くことで、排気取出し経路ＥＧＲ２の排気ガスのみをエンジンに送る。

（ｃ） 冷却水温度または油温度が６０℃以上（暖機状態）であるとき

アクセル開度、およびエンジン回転数に拘わらず、バルブＶ１を全閉とし、バルブＶ２を開くことで、排気取出し経路ＥＧＲ２の排気ガスのみをエンジンに送る。

なお、排気取出し経路ＥＧＲ１の排気ガス、および排気取出し経路ＥＧＲ２の排気ガスの双方をエンジンに送る場合には、エンジン回転数が上がるごとに排気取出し経路ＥＧＲ２の排気ガスの量が多くなるように、またはアクセル開度が上がるごとに排気取出し経路ＥＧＲ２の排気ガスの量が多くなるように、排気取出し経路ＥＧＲ１の排気ガスおよび排気取出し経路ＥＧＲ２の排気ガスの混合比率を調整することが望ましい。

これは、混合後におけるエンジンの吸気温度が目標吸気温度となるように、各排気取出し経路の混合気量を調整するものである。調整により、燃料燃焼時の温度が１５００〜１８００（Ｋ）となるように制御することで、有害な排気ガス（ＣＯ、ＮＯｘ）やスモークの発生を低減させることができる。

エンジンの始動時には、ＥＧＲとしての排気は冷却せずに使用される。エンジン始動前においては、エンジン内は燃焼していないため排気は十分な酸素を含んでいる。このため始動に関して悪影響はない。初期の数サイクル中は燃料の噴射を停止すると、なお始動性が向上する。

［第２の実施の形態］

図７は、本発明の第２の実施の形態における自動二輪車の排気ガス再循環装置の構成を示す図である。

本実施の形態における排気ガス再循環装置が、第１の実施の形態におけるそれと異なる点は、エキゾーストマニホールド１０９から出た直後（エンジン１０１から出た直後）の排気ガスを、排気取出し経路ＥＧＲ２内の排気ガスに混合させるための排気取出し経路ＥＧＲ３が設けられている点である。

排気取出し経路ＥＧＲ３の途中には、排気取出し経路ＥＧＲ３における排気ガスの流量を調節するためのバルブＶ３が設けられている。排気取出し経路ＥＧＲ３の高温のＥＧＲガスを、排気取出し経路ＥＧＲ２のガスと混合して温度調整した後に吸気へ導入するものである。

図８は、図７の排気ガス再循環装置の制御回路のブロック図である。

排気ガス再循環装置では、図４に示される制御回路の構成に加えて、エンジン制御ユニット２０１は、上述の排気取出し経路ＥＧＲ３における排気ガスの流量を調節するためのバルブＶ３を制御する。

図９は、第２の実施の形態における排気ガス再循環装置のバルブの制御方法を示す図である。

ここでも図６と同様に、（ａ）冷却水温度または油温度が２０℃未満（冷機状態）、（ｂ）冷却水温度または油温度が２０℃以上６０℃未満、（ｃ）冷却水温度または油温度が６０℃以上（暖機状態）のそれぞれの状態を想定し、それぞれの状態におけるアクセル開度とエンジン回転数とから、エンジン制御ユニット２０１がどのようにバルブＶ１、Ｖ２、Ｖ３の開度を調節するかが示されている。各状態では、以下の制御が行なわれる。

（ａ） 冷却水温度または油温度が２０℃未満（冷機状態）であるとき

アクセル開度、およびエンジン回転数に拘わらず、バルブＶ１を開き、バルブＶ２およびＶ３を全閉とすることで、排気取出し経路ＥＧＲ１の排気ガスのみをエンジンに送る。冷機状態のエンジンを暖機するためである。

（ｂ） 冷却水温度または油温度が２０℃以上６０℃未満であるとき

アクセル開度、およびエンジン回転数に応じて、バルブＶ１、Ｖ２、Ｖ３の流量を制御する。

アクセル開度が全開であれば、エンジン回転数に拘わらず、バルブＶ１、Ｖ３を全閉とし、バルブＶ２を開くことで、排気取出し経路ＥＧＲ２の排気ガスのみをエンジンに送る。

アクセル開度が中開であり、エンジン回転数が最低回転数または中回転数であれば、バルブＶ１を全閉とし、バルブＶ２およびバルブＶ３を開くことで、排気取出し経路ＥＧＲ２の排気ガス、および排気取出し経路ＥＧＲ３の排気ガスの双方をエンジンに送る。

アクセル開度が中開であり、エンジン回転数が最高回転数であれば、バルブＶ１、Ｖ３を全閉とし、バルブＶ２を開くことで、排気取出し経路ＥＧＲ２の排気ガスのみをエンジンに送る。

アクセル開度が全閉であり、エンジン回転数が最低回転数であれば、バルブＶ１を開とし、バルブＶ２、Ｖ３を全閉とすることで、排気取出し経路ＥＧＲ１の排気ガスのみをエンジンに送る。

アクセル開度が全閉であり、エンジン回転数が中回転数であれば、バルブＶ１を全閉とし、バルブＶ２およびバルブＶ３を開くことで、排気取出し経路ＥＧＲ２の排気ガス、および排気取出し経路ＥＧＲ３の排気ガスの双方をエンジンに送る。

アクセル開度が全閉であり、エンジン回転数が最高回転数であれば、バルブＶ１、Ｖ３を全閉とし、バルブＶ２を開くことで、排気取出し経路ＥＧＲ２の排気ガスのみをエンジンに送る。

（ｃ） 冷却水温度または油温度が６０℃以上（暖機状態）であるとき

アクセル開度、およびエンジン回転数に拘わらず、バルブＶ１、Ｖ３を全閉とし、バルブＶ２を開くことで、排気取出し経路ＥＧＲ２の排気ガスのみをエンジンに送る。

なお、排気取出し経路ＥＧＲ２の排気ガス、および排気取出し経路ＥＧＲ３の排気ガスの双方をエンジンに送る場合には、エンジン回転数が上がるごとに排気取出し経路ＥＧＲ２の排気ガスの量が多くなるように、またはアクセル開度が上がるごとに排気取出し経路ＥＧＲ２の排気ガスの量が多くなるように、排気取出し経路ＥＧＲ２の排気ガスおよび排気取出し経路ＥＧＲ３の排気ガスの混合比率を調整することが望ましい。

本実施の形態においても、混合後におけるエンジンの吸気温度が目標吸気温度となるように、各排気取出し経路の混合気量を調整するものである。調整により、燃料燃焼時の温度が１５００〜１８００（Ｋ）となるように制御することで、有害な排気ガス（ＣＯ、ＮＯｘ）やスモークの発生を低減させることができる。

［第３の実施の形態］

図１０は、第３の実施の形態における図１の排気ガス再循環装置を搭載した自動二輪車の側面図である。

ここではオフロード型の自動二輪車に排気ガス再循環装置を搭載する形態を示している。

図に示されるように、車体フレームの前側にＥＧＲクーラー１２３が取付けられている。また、後輪１５３の上にマフラー１１５が取付けられている。

排気取出し経路ＥＧＲ１は、エンジン１０１から出た直後の排気ガスを、エンジン１０１の吸気に混合させる経路として設けられている。排気取出し経路ＥＧＲ２の一部を構成するフレーム１２１は、自動二輪車のフレームを兼ねている。

また、フレーム１２１の途中には、水抜きおよびスス抜きのための経路１２５が設けられている。

図１１は、フレーム１２１の側面図である。

ここでは、フレーム１２１として中空構造を有するものが用いられている。図中、矢印で排気ガスの経路が示されている。

フレーム１２１には、マフラー１１５からの排気ガスを導入するための排気ガス導入口１２１ａと、ＥＧＲクーラー１２３へ排気ガスを送るための排気ガス出口１２１ｂとが設けられている。

中空部の無い鋳造フレームであれば、ＳＵＳパイプでできた排ガス通路をフレームに接触させて固定することで、フレーム一体となった排気ガスの経路とすることができる。

［第４の実施の形態］

図１２は、第４の実施の形態における図１の排気ガス再循環装置を搭載した自動二輪車の側面図である。

ここではネイキッド型の自動二輪車に排気ガス再循環装置を搭載する形態を示している。

図に示されるように、車体フレームの前側にＥＧＲクーラー１２３が取付けられている。また、後輪１５３の横にマフラー１１５が取付けられている。

排気取出し経路ＥＧＲ１は、エンジン１０１から出た直後の排気ガスを、エンジン１０１の吸気に混合させる経路として設けられている。排気取出し経路ＥＧＲ２の一部を構成するフレーム１２１は、自動二輪車のフレームを兼ねている。

また、フレーム１２１の途中には、水抜きおよびスス抜きのための経路１２５が設けられている。

図１３は、フレーム１２１の側面図である。

ここでは、フレーム１２１として中空構造を有するものが用いられている。図中、矢印で排気ガスの経路が示されている。

フレーム１２１には、マフラー１１５上流のエキゾーストパイプ１１３からの排気ガスを導入するための排気ガス導入口１２１ａと、ＥＧＲクーラー１２３へ排気ガスを送るための排気ガス出口１２１ｂとが設けられている。

中空部の無い鋳造フレームであれば、ＳＵＳパイプでできた排ガス通路を、フレームに接触させて固定することで、フレーム一体となった排気ガスの経路とすることができる。

［実施の形態における効果］

上記実施の形態によると、始動時や暖機運転などでエンジンの吸気温度を高温にしたい時は、排気バルブ直後の高温状態の排気ガスをＥＧＲに使用することができる。これにより、シリンダ内の温度上昇が促進され、安定したエンジン始動性を確保することができる。

また、走行中の高負荷運転時においてはＮＯｘ低減、および燃費低減のため、ＥＧＲとして用いる排気の温度は低いほどよい。本実施の形態では、走行中は排気管などを介して十分冷えた排気ガスを、ＥＧＲに導入することができる。

また、低中負荷運転時においては、２系統のＥＧＲ経路を混合させて、排気ガス温度を目標温度としてから吸気に導入することができる。これにより、スモーク排出量を減らすことができる。

エンジンからの排気の冷却には、ターボチャージャー、マフラー、車両のフレーム、またはフレームに取付けられたパイプの少なくともいずれかが用いられる。これにより、効率よく排気を冷却することができる。

また、このようにして冷却された排気を利用することで、ＥＧＲクーラーの負荷が小さくなり、ＥＧＲクーラーを小型化（または廃止）することができる。

さらに、ＥＧＲ経路の一部に車体のフレームを利用することで、ＥＧＲ配管の部品点数を削減することができる。

また、マフラーを経由した排気を車体のフレームに通し、外気へ放熱させることによって、マフラーで十分冷えた排気ガスをさらに冷却することができる。

また、車体フレームと一体となる排気ガス通路の途中には、最下部に容積を設けて、ススや凝縮水を堆積させ、連通穴から堆積物が自然に外部へ排出されるようにしておくことで、通路のクリアランスを確保することができる。

さらに、エンジン始動直後のある程度の時間、温かいＥＧＲガスをエンジン吸気に導入することによって、スモーク低減効果を得ることができる。

［その他］

エンジン始動時でクランク回転数が一定以下であるときは、燃料を噴射せず、空気のみを圧縮し、圧縮されて高温となった空気をＥＧＲ経路を経由して再度シリンダ内に導入するよう制御を行なってもよい。

エンジン始動時は、クランク回転数が一定以上となった時点で燃料噴射を開始してもよい。この場合は、噴射を開始する時点ではシリンダ内が温まっているため、より安定した始動性が確保できる。

ＥＧＲクーラーは、走行風を冷却に利用できる位置である、車体前方、またはエンジン周辺の走行風の当たる場所に配置することが望ましい。

また、ＥＧＲ経路において排気を十分に冷却することができるのであれば、ＥＧＲクーラーはなくてもよい。

さらに、排気バルブ直後（ターボチャージャーの上流側、高圧部）から取り出した排気は、吸気バルブ直前（高圧部）へ導入することが望ましい。また、マフラーなどの位置（ターボ下流側、低圧部）から取り出されて冷却された排気は、コンプレッサー上流（低圧部）へ導入することが望ましい。ＥＧＲ経路の端点と端点とで圧力を近くすることで、圧力の調節が容易になるためである。

また、車体フレームを含む排気ガス通路の途中に、容積部を設ける例を説明したが、容積部以外に、迷路状の形状でススや凝縮水を集めるフィルター構造を設置してもよい。また、通路途中をＴ字状とし、下方に水やススをトラップしてもよい。

本発明は、ターボチャージャーを備えるエンジン、および備えないエンジンのどちらにも採用することができる。またエンジンは、ディーゼル、ガソリンのどちらでもよい。

また本発明は、自動二輪車や、原動機付自転車などの鞍乗型車両に適用することができる。鞍乗型車両であれば、２輪、３輪、４輪の車両（あるいはそれ以上の車輪を備えた車両）、クローラ機構により移動を行なう車両のいずれであっても本発明を実施することができる。さらに本発明は、自動車などエンジンを有する車両に適用することができる。

なお、上記実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の第１の実施の形態における自動二輪車（鞍乗型車両の一例）の排気ガス再循環装置の構成を示す図である。 図１の排気ガス再循環装置を搭載した自動二輪車の側面図である。 フレーム１２１の側面図である。 図１の排気ガス再循環装置の制御回路のブロック図である。 エンジン始動時の排気ガス再循環装置が実行する制御を示すフローチャートである。 図５のステップＳ１１５での制御を示す図である。 本発明の第２の実施の形態における自動二輪車の排気ガス再循環装置の構成を示す図である。 図７の排気ガス再循環装置の制御回路のブロック図である。 第２の実施の形態における排気ガス再循環装置のバルブの制御方法を示す図である。 第３の実施の形態における図１の排気ガス再循環装置を搭載した自動二輪車の側面図である。 フレーム１２１の側面図である。 第４の実施の形態における図１の排気ガス再循環装置を搭載した自動二輪車の側面図である。 フレーム１２１の側面図である。 従来のＥＧＲ装置の構成を示す図である。

符号の説明

１０１ エンジン
１０３ ターボチャージャー
１０３ａ タービン
１０３ｂ コンプレッサー
１０５ インタークーラ
１０７ エアクリーナ
１０９ エキゾーストマニホールド
１１１ インテークマニホールド
１１３ エキゾーストパイプ
１１５ マフラー
１２１ フレーム
１２１ａ 排気ガス導入口
１２１ｂ 排気ガス出口
１２１ｃ 排気ガス導入口
１２１ｄ 排気ガス出口
１２３ ＥＧＲクーラー
２０１ エンジン制御ユニット
２０３ エンジン回転数センサ
２０５ アクセル開度センサ
２０７ 冷却水温度センサ
２０９ オイル温度センサ
２１１ 吸気温度センサ
ＥＧＲ１〜ＥＧＲ３ 排気取出し経路
Ｓ スロットル
Ｖ１〜Ｖ３ バルブ

Claims (7)

1. エンジンからの排気を取出し、それをエンジン吸気に送る排気取出し経路を備え、
   前記排気取出し経路は、エンジンからの排気を、車両のフレームの中空通路の中、またはフレームに接触して固定され、フレーム一体とすることで放熱面積を確保したパイプの中を通すことで、前記フレームにより放熱を行なって冷却する経路を含む、排気ガス再循環装置。
2. 前記排気取出し経路は、少なくともターボチャージャーを出た後の排気を取出し、それをエンジン吸気に送る低温排気取出し経路であり、
   エンジンからの排気を、少なくともそれが前記ターボチャージャーに入る前で取出し、それをエンジン吸気に送る高温排気取出し経路と、
   エンジンの運転状況に応じて、前記高温排気取出し経路と前記低温排気取出し経路とでエンジン吸気に送られる排気の流れを制御する制御手段とをさらに備えた、請求項１に記載の排気ガス再循環装置。
3. 前記低温排気取出し経路は、エンジンからの排気を前記ターボチャージャーのコンプレッサーの上流側に送り、
   前記高温排気取出し経路は、エンジンからの排気を前記ターボチャージャーのコンプレッサーの下流側に送る、請求項２に記載の排気ガス再循環装置。
4. エンジンからの排気を、少なくともそれがマフラーに入る前で取出し、それをエンジン吸気に送る高温排気取出し経路をさらに備え、
   前記排気取出し経路は、エンジンからの排気を前記高温排気取出し経路の取出し位置よりも下流で取出し、それをエンジン吸気に送る低温排気取出し経路であり、
   エンジンの運転状況に応じて、前記高温排気取出し経路と前記低温排気取出し経路とでエンジン吸気に送られる排気の流れを制御する制御手段を備えた、請求項１に記載の排気ガス再循環装置。
5. 前記低温排気取出し経路は、少なくとも前記マフラーを経由した排気を取出し、それをエンジン吸気に送る排気取出し経路である、請求項４に記載の排気ガス再循環装置。
6. 前記高温排気取出し経路を通る排気と、前記低温排気取出し経路を通る排気とを混合するための混合用排気取出し経路をさらに備え、
   前記制御手段は、エンジンの運転状況に応じて、前記混合用排気取出し経路の排気の流れを制御する、請求項２から５のいずれかに記載の排気ガス再循環装置。
7. エンジンと、
   前記エンジンに接続される、請求項１から６のいずれかに記載の排気ガス再循環装置とを備えた、車両。
   

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