具有排氣再循環(huán)的發(fā)動(dòng)機(jī)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種具有排氣再循環(huán)的發(fā)動(dòng)機(jī)。用于發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸蓋限定流體連接至在汽缸蓋中橫向延伸至排氣側(cè)面上的排氣端口的排氣通道的第一排氣流道和第二排氣流道。汽缸蓋限定連接至排氣通道并且縱向延伸至排氣側(cè)面上EGR端口的排氣再循環(huán)(EGR)通道。汽缸蓋還限定鄰近于并且基本上包圍EGR通道以在通過EGR冷卻器冷卻之前冷卻EGR氣體的冷卻套通道。
【專利說明】
具有排氣再循環(huán)的發(fā)動(dòng)機(jī)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]多個(gè)實(shí)施例涉及內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中的排氣再循環(huán)?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]隨著發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，汽缸內(nèi)的燃燒產(chǎn)生排氣。這些排氣通常從汽缸和發(fā)動(dòng)機(jī)引導(dǎo)至包括排放減小或處理、噪聲抑制等的排氣系統(tǒng)。排氣系統(tǒng)隨后將排氣排放至環(huán)境。在一些發(fā)動(dòng)機(jī)中，可以從排氣系統(tǒng)轉(zhuǎn)移一部分排氣并且在稱為排氣再循環(huán)(EGR)的過程中將其再引導(dǎo)至進(jìn)氣歧管。EGR氣體與進(jìn)氣在進(jìn)氣歧管中混合并且在進(jìn)氣過程中提供至汽缸。通過混合 EGR氣體和進(jìn)氣，發(fā)動(dòng)機(jī)可以提供減小的燃料消耗以及增加的燃料經(jīng)濟(jì)性和效率。在EGR氣體流進(jìn)進(jìn)氣歧管和進(jìn)入汽缸之前，可能需要減小EGR氣體的溫度。通過減小EGR氣體和進(jìn)氣混合物的溫度，汽缸中提前點(diǎn)火(pre-1gni t1n)的幾率減小了。例如，在火花點(diǎn)火的發(fā)動(dòng)機(jī)中當(dāng)燃燒過程開始于點(diǎn)火之前則發(fā)生提前點(diǎn)火。排氣可能達(dá)到1000攝氏度的溫度。理想地， 在供給進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣歧管或進(jìn)氣側(cè)之前EGR氣體的溫度減小至約150攝氏度或以下。具有 EGR系統(tǒng)的傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)通常使用水冷式熱交換器減小EGR氣體的溫度?；谟糜贓GR氣體的最大流率和最大溫度減小來設(shè)計(jì)這些熱交換器的尺寸。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]根據(jù)實(shí)施例，提供具有限定在汽缸蓋中流體連接至少一個(gè)排氣流道和缸蓋的側(cè)面上的排氣端口的排氣通道的汽缸蓋的發(fā)動(dòng)機(jī)。排氣再循環(huán)(EGR)通道設(shè)置在汽缸蓋內(nèi)并且將排氣通道流體連接至側(cè)面上的EGR端口。缸蓋還具有流體通道。EGR通道具有與側(cè)面大體上平行延伸的部分。流體通道鄰近于并且包圍該部分EGR通道的邊界的大部分以至少部分地冷卻EGR氣體。EGR冷卻器與缸蓋的EGR通道流體連通并且從其接收EGR氣體。進(jìn)氣歧管與 EGR冷卻器流體連通并且從其接收EGR氣體。進(jìn)氣歧管流體連接至缸蓋。
[0004]根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，通過限定流體連接至在缸蓋中橫向延伸至排氣側(cè)面上的排氣端口的排氣通道的第一排氣流道和第二排氣流道的汽缸蓋提供一種發(fā)動(dòng)機(jī)部件。缸蓋限定連接至排氣通道并且縱向延伸至排氣側(cè)面上的EGR端口的排氣再循環(huán)(EGR)通道。缸蓋還限定鄰近于并且基本上包圍EGR通道以冷卻EGR氣體的冷卻套通道。
[0005]根據(jù)又一個(gè)實(shí)施例，通過限定流體連接缸蓋內(nèi)的排氣通道和缸蓋的側(cè)面上的EGR 端口的排氣再循環(huán)(EGR)通道的汽缸蓋提供發(fā)動(dòng)機(jī)部件。EGR通道的一部分與側(cè)面間隔開并且沿側(cè)面延伸。缸蓋限定基本上包裹在該部分EGR通道周圍用于冷卻流過EGR通道的EGR氣體的冷卻通道。
[0006]本公開的各個(gè)實(shí)施例具有關(guān)聯(lián)的、非限制性的優(yōu)點(diǎn)。例如，發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸蓋可以包括在汽缸蓋內(nèi)轉(zhuǎn)移EGR氣體并且將EGR氣體引導(dǎo)至缸蓋上的EGR端口的通道。EGR通道可被成形為使EGR氣體在缸蓋內(nèi)傳輸一定距離。缸蓋中的流體通道基本上包圍或包裹EGR通道以提供缸蓋內(nèi)EGR氣體的冷卻。根據(jù)示例可以通過缸蓋中的冷卻套中的冷卻通道形成流體通道。 EGR通道和/或流體通道可以額外地設(shè)置有改善從EGR氣體至冷卻流體的傳熱的額外的表面特征。例如，可以在EGR通道和/或流體通道內(nèi)設(shè)置翅片，并且連接EGR系統(tǒng)的多個(gè)部件的任何管道可以額外地具有表面特征(諸如用于冷卻EGR氣體的翅片)。本公開經(jīng)由EGR冷卻器提供的傳熱路徑之外的傳熱路徑提供EGR氣體的冷卻，從而允許EGR冷卻器的尺寸和/或容量減小?！靖綀D說明】
[0007]圖1示出了能利用本公開的各種實(shí)施例的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)；
[0008]圖2示出了用于圖1的發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣系統(tǒng)的示意圖；
[0009]圖3示出了根據(jù)實(shí)施例的汽缸蓋的透視圖；
[0010]圖4示出了用于圖3的汽缸蓋內(nèi)排氣通道的芯體；
[0011]圖5示出了用于水套的芯體和用于圖3的汽缸蓋的圖4的芯體；
[0012]圖6示出了根據(jù)實(shí)施例的圖3的汽缸蓋的截面圖；
[0013]圖7示出了根據(jù)實(shí)施例的圖3的汽缸蓋的截面圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0014]根據(jù)需要，在此提供本公開的具體實(shí)施例；然而，應(yīng)理解，公開的實(shí)施例僅為本發(fā)明的示例，本發(fā)明可以以各種和替代的形式實(shí)施。附圖無需按比例繪制;可以放大或縮小一些特征以顯示特定部件的細(xì)節(jié)。所以，此處所公開的具體結(jié)構(gòu)和功能細(xì)節(jié)不應(yīng)解釋為限制， 而僅為教導(dǎo)本領(lǐng)域技術(shù)人員以多種形式利用本公開的代表性基礎(chǔ)。
[0015]圖1示出了內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)20的示意圖。發(fā)動(dòng)機(jī)20具有多個(gè)汽缸22,并且示出了一個(gè)汽缸。發(fā)動(dòng)機(jī)20可以具有任意數(shù)量的汽缸，并且可以以各種構(gòu)造來布置汽缸。發(fā)動(dòng)機(jī)20具有與每個(gè)汽缸22關(guān)聯(lián)的燃燒室24。通過汽缸壁32和活塞34形成汽缸22?；钊?4連接至曲軸36。燃燒室24與進(jìn)氣歧管38和排氣歧管40流體連通。進(jìn)氣門42控制從進(jìn)氣歧管38進(jìn)入燃燒室24的流動(dòng)。排氣門44控制從燃燒室24至排氣歧管40的流動(dòng)?？梢砸员炯夹g(shù)領(lǐng)域已知的各種方式操作進(jìn)氣門42和排氣門44而控制發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。[〇〇16]燃料噴射器46將燃料從燃料系統(tǒng)直接輸送進(jìn)燃燒室24從而發(fā)動(dòng)機(jī)是直接噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)。發(fā)動(dòng)機(jī)20可以使用低壓或高壓燃料噴射系統(tǒng)或者在其它示例中可以使用進(jìn)氣道噴射系統(tǒng)。點(diǎn)火系統(tǒng)包括被控制為以火花的形式提供能量以點(diǎn)燃燃燒室24中的燃料空氣混合物的火花塞48。在其它實(shí)施例中，可以使用其它燃料輸送系統(tǒng)和點(diǎn)火系統(tǒng)或技術(shù)，包括壓縮點(diǎn)火。[〇〇17]發(fā)動(dòng)機(jī)20包括控制器和多個(gè)傳感器，這些傳感器被配置為提供信號(hào)至控制器用于控制至發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣和燃料輸送、點(diǎn)火正時(shí)、發(fā)動(dòng)機(jī)的功率和扭矩輸出、排氣系統(tǒng)等。發(fā)動(dòng)機(jī)傳感器可以包括但不限于排氣歧管40中的氧傳感器、發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑溫度傳感器、加速器踏板位置傳感器、發(fā)動(dòng)機(jī)歧管壓力(MAP)傳感器、用于曲軸位置的發(fā)動(dòng)機(jī)位置傳感器、進(jìn)氣歧管38中的空氣質(zhì)量傳感器、節(jié)氣門位置傳感器、排氣歧管40中的排氣溫度傳感器等。 [〇〇18]在一些實(shí)施例中，發(fā)動(dòng)機(jī)20用作車輛(比如傳統(tǒng)車輛或自動(dòng)啟停車輛(stop-start vehicle))中唯一的原動(dòng)機(jī)。在其它實(shí)施例中，可以在混合動(dòng)力車輛中使用發(fā)動(dòng)機(jī)，在混合動(dòng)力車輛中，額外的原動(dòng)機(jī)(比如電機(jī))可用于提供推進(jìn)車輛的額外動(dòng)力。
[0019]每個(gè)汽缸22可以在包括進(jìn)氣沖程、壓縮沖程、點(diǎn)火沖程和排氣沖程的四沖程循環(huán)下運(yùn)轉(zhuǎn)。在其它實(shí)施例中，發(fā)動(dòng)機(jī)可以在而沖程循環(huán)下運(yùn)轉(zhuǎn)。在進(jìn)氣沖程期間，進(jìn)氣門42打開并且排氣門44關(guān)閉，同時(shí)活塞34從汽缸22的頂部移動(dòng)至汽缸22的底部以將空氣從進(jìn)氣歧管引導(dǎo)至燃燒室。活塞34在汽缸22頂部的位置通常稱為上止點(diǎn)(TDC)?；钊?4在汽缸底部的位置通常稱為下止點(diǎn)(BDC)。
[0020]在壓縮沖程期間，進(jìn)氣門42和排氣門44關(guān)閉?；钊?4從汽缸22的底部向頂部移動(dòng)以壓縮燃燒室24內(nèi)的空氣。[〇〇21]燃料隨后引入燃燒室24并且被點(diǎn)燃。在示出的發(fā)動(dòng)機(jī)20中，燃料噴射進(jìn)燃燒室24 中并且隨后使用火花塞48點(diǎn)燃。在其它示例中，可以使用壓縮點(diǎn)火來點(diǎn)燃燃料。
[0022]在膨脹沖程期間，燃燒室24中點(diǎn)燃的燃料空氣混合物膨脹，從而使活塞34從汽缸 22的頂部移動(dòng)至汽缸22的底部?；钊?4的移動(dòng)導(dǎo)致曲軸36對(duì)應(yīng)的移動(dòng)并且從發(fā)動(dòng)機(jī)20提供機(jī)械扭矩輸出。[〇〇23]在排氣沖程期間，進(jìn)氣門42保持關(guān)閉并且排氣門44打開?；钊?4從汽缸的底部移動(dòng)至汽缸22的頂部以通過減小燃燒室24的容積從燃燒室24去除排氣和燃燒產(chǎn)物。排氣從燃燒汽缸22流至排氣歧管40并且至后處理系統(tǒng)(諸如催化轉(zhuǎn)化器)。[〇〇24]對(duì)于各個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)沖程，可以改變進(jìn)氣門42和排氣門44的位置和正時(shí)以及燃料噴射正時(shí)和點(diǎn)火正時(shí)。[〇〇25]發(fā)動(dòng)機(jī)20具有彼此協(xié)作形成燃燒室24的汽缸體70和汽缸蓋72。缸蓋密封墊(未顯示)可以定位在缸體70和缸蓋72之間以密封燃燒室24。汽缸體70具有沿分模線74與汽缸蓋 72的缸蓋平臺(tái)面(deckf ace)對(duì)應(yīng)和匹配的缸體平臺(tái)面。[0〇26]發(fā)動(dòng)機(jī)20包括流體系統(tǒng)或冷卻系統(tǒng)80。在一個(gè)示例中，流體系統(tǒng)是從發(fā)動(dòng)機(jī)20去除熱的冷卻系統(tǒng)。在另一個(gè)示例中，流體系統(tǒng)80是潤(rùn)滑發(fā)動(dòng)機(jī)部件的潤(rùn)滑系統(tǒng)。[〇〇27]對(duì)于冷卻系統(tǒng)80，可以通過冷卻系統(tǒng)控制器或發(fā)動(dòng)機(jī)控制器控制從發(fā)動(dòng)機(jī)20去除的熱的量。系統(tǒng)80可以作為一個(gè)或更多個(gè)冷卻套集成進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)20。系統(tǒng)80具有可以包含水或另一種冷卻劑作為工作流體的一個(gè)或更多個(gè)冷卻回路。在一個(gè)示例中，冷卻回路具有汽缸體70中的第一冷卻套84和汽缸蓋72中的第二冷卻套86,其中冷卻套84、86彼此流體連通。 缸體70和缸蓋72可以具有額外的冷卻套。冷卻系統(tǒng)80和冷卻套84、86中的冷卻劑(比如水) 從高壓區(qū)域流向壓力較低的區(qū)域。[〇〇28]流體系統(tǒng)80具有一個(gè)或更多個(gè)栗88。在冷卻系統(tǒng)80中，栗88將回路中的流體提供至汽缸體70中的流體通道并且隨后提供至缸蓋72。冷卻系統(tǒng)80還可以包括控制冷卻劑的流動(dòng)或壓力或者引導(dǎo)系統(tǒng)80內(nèi)冷卻劑的閥門(未顯示)。汽缸體70中的冷卻通道可以鄰近于一個(gè)或更多個(gè)燃燒室24和汽缸22。類似地，汽缸蓋72中的冷卻通道可以鄰近于一個(gè)或更多個(gè)燃燒室24和汽缸22以及用于排氣門44的排氣口。流體從汽缸蓋72流動(dòng)并且流出發(fā)動(dòng)機(jī)20至將熱從冷卻劑傳輸至環(huán)境的熱交換器(比如散熱器)9 0。
[0029]圖2示出了根據(jù)示例的發(fā)動(dòng)機(jī)的示意圖并且可以如上文相對(duì)于圖1描述的使用發(fā)動(dòng)機(jī)20。進(jìn)氣在入口 100進(jìn)入進(jìn)氣歧管38。隨后空氣被引導(dǎo)通過空氣濾清器102。
[0030]在一些示例中，發(fā)動(dòng)機(jī)20可以提供有渦輪增壓器或機(jī)械增壓器以增加進(jìn)氣的壓力，并且從而增加發(fā)動(dòng)機(jī)中的平均有效壓力以增加發(fā)動(dòng)機(jī)功率輸出。發(fā)動(dòng)機(jī)20被示出為具有渦輪增壓器104;然而，發(fā)動(dòng)機(jī)20的其它示例具有機(jī)械增壓器或者是自然吸氣的。渦輪增壓器104可以是任何適當(dāng)?shù)臏u輪機(jī)械裝置。進(jìn)氣通過渦輪增壓器104的壓縮機(jī)部分106壓縮，并且隨后流動(dòng)通過中間冷卻器108或其它熱交換器以在壓縮過程之后減小進(jìn)氣的溫度。
[0031]通過節(jié)氣門110控制進(jìn)氣流動(dòng)?？梢允褂冒l(fā)動(dòng)機(jī)控制單元電動(dòng)控制節(jié)氣門110或者可以其它方式激活或控制節(jié)氣門110。進(jìn)氣流動(dòng)通過發(fā)動(dòng)機(jī)20的進(jìn)氣側(cè)112上的進(jìn)氣歧管。 進(jìn)氣隨后與燃料混合并反應(yīng)以從發(fā)動(dòng)機(jī)20提供功率。
[0032]發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣流動(dòng)通過排氣流道并且至發(fā)動(dòng)機(jī)20的排氣側(cè)上的排氣歧管。在本示例中，例如使用鑄造工藝可以將排氣流道和至少一部分排氣歧管作為集成通道包含進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸蓋。[〇〇33]排氣歧管40中的一部分排氣可以在116處被轉(zhuǎn)移以進(jìn)入由此處描述的彼此直接連接或者使用一個(gè)或更多個(gè)連接管道連接的多個(gè)部件組成的排氣再循環(huán)(EGR)回路或系統(tǒng) 118 AGR回路118中的EGR氣體可被引導(dǎo)通過EGR冷卻器或熱交換器120以減小EGR氣體的溫度。116處排氣的溫度可能高達(dá)1000攝氏度。[〇〇34]在發(fā)動(dòng)機(jī)20中，可以將EGR輸出(takeoff)包含進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)20的汽缸蓋的通道?？梢栽诎l(fā)動(dòng)機(jī)20的汽缸蓋中預(yù)冷卻EGR氣體以減小EGR冷卻器120的負(fù)荷。通過在熱交換器120之前提供EGR氣體的冷卻，可以減小熱交換器120的尺寸和/或容量，提供了用于發(fā)動(dòng)機(jī)20的更緊湊且更輕的部件。此外通過在熱交換器120之前提供EGR氣體的預(yù)冷卻，可以獲得對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管38處EGR氣體的溫度的更好控制。
[0035]可以使用已有的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)中的流體(例如發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑、機(jī)油或潤(rùn)滑劑等)冷卻熱交換器中的EGR氣體?？商娲?，可以使用環(huán)境空氣冷卻EGR冷卻器。在進(jìn)一步的示例中， EGR冷卻器120是車輛內(nèi)獨(dú)立系統(tǒng)的一部分并且通過系統(tǒng)內(nèi)的流體冷卻EGR氣體。[〇〇36]可以在EGR系統(tǒng)118中提供閥門122以控制至進(jìn)氣歧管38的EGR氣體的流動(dòng)?？梢允褂冒l(fā)動(dòng)機(jī)控制單元或車輛中的其它控制器控制閥門122。在用于發(fā)動(dòng)機(jī)20的進(jìn)氣歧管38中的進(jìn)氣與回路118中的EGR氣體混合。EGR氣體可以冷卻至用于與進(jìn)氣混合的目標(biāo)溫度或預(yù)定溫度。在一個(gè)示例中，EGR氣體冷卻至約150攝氏度，但是可以預(yù)想其它溫度。[〇〇37]發(fā)動(dòng)機(jī)20中EGR的使用可以通過在燃燒期間減小峰值溫度而從發(fā)動(dòng)機(jī)20提供減小的排放，例如EGR可以減小氮氧化物(N0x)』GR還可以增加發(fā)動(dòng)機(jī)20的效率，從而改善燃料經(jīng)濟(jì)性。然而，如果EGR氣體冷卻不充分，則發(fā)動(dòng)機(jī)20中可能發(fā)生提前點(diǎn)火。[〇〇38]116處未轉(zhuǎn)移用于EGR的其余排氣繼續(xù)通過排氣歧管40。如果發(fā)動(dòng)機(jī)20具有渦輪增壓器，則排氣流過裝置104的渦輪部分130。裝置104可以具有與壓縮機(jī)106和/或渦輪130關(guān)聯(lián)的旁通或其它控制機(jī)構(gòu)以提供對(duì)入口壓力、發(fā)動(dòng)機(jī)的背壓和用于發(fā)動(dòng)機(jī)20的平均有效壓力的控制。隨后引導(dǎo)排氣通過一個(gè)或更多個(gè)后處理裝置132。后處理裝置132的示例包括但不限于催化轉(zhuǎn)化器、微粒物質(zhì)過濾器、消聲器。[0039 ]圖3示出了發(fā)動(dòng)機(jī)部件，比如汽缸蓋150。汽缸蓋150可以用于圖1和2示出的發(fā)動(dòng)機(jī) 20。示出的汽缸蓋150配置用于在直列式、火花點(diǎn)火、渦輪增壓、可變排量發(fā)動(dòng)機(jī)中使用。汽缸蓋150可以重新配置用于在其它發(fā)動(dòng)機(jī)中使用并且保持在本公開的精神和范圍內(nèi)。汽缸蓋150可以由多種材料形成，包括鐵和鐵合金、鋁和鋁合金、其它金屬合金、復(fù)合材料等。
[0040]汽缸蓋具有與圖1的分模線74對(duì)應(yīng)并且被構(gòu)造為與缸蓋密封墊以及對(duì)應(yīng)的汽缸體的平臺(tái)面匹配以形成發(fā)動(dòng)機(jī)缸體的平臺(tái)面152或平臺(tái)側(cè)。與平臺(tái)面152相對(duì)的是頂面、頂側(cè)或表面154。汽缸蓋的排氣面或側(cè)156提供用于外部排氣歧管的安裝特征并且與圖2中的元件114對(duì)應(yīng)。與排氣面156相對(duì)的進(jìn)氣面或側(cè)(未顯示)提供用于發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣歧管的安裝特征并且與元件112對(duì)應(yīng)。汽缸蓋150還具有第一端部158和相對(duì)的第二端部160。盡管這些面顯示為彼此大體上垂直，但是可以有其它定向，并且可以相對(duì)于彼此區(qū)別地定向這些面以形成缸蓋150。[〇〇41]缸蓋150的排氣側(cè)156具有用于引導(dǎo)排氣至渦輪增壓器、后處理裝置等的外部排氣歧管或其它管的安裝面170。盡管汽缸蓋150被示出為具有三個(gè)排氣端口 172,但是可以預(yù)想缸蓋150的任意數(shù)量的排氣端口。[〇〇42]缸蓋150的排氣側(cè)156還具有用于EGR冷卻器120或引導(dǎo)EGR氣體至EGR冷卻器的管的安裝面176。安裝面176限定EGR端口 178。從缸蓋150內(nèi)的排氣流轉(zhuǎn)移EGR氣體。安裝面170、 176被示出為共面且連續(xù);然而，面170、176可以偏置、間隔開、相對(duì)于彼此成角度或以其它方式定向在缸蓋150上。
[0043]汽缸蓋150具有例如在鑄造或塑模過程期間在缸蓋150內(nèi)形成并且集成進(jìn)缸蓋150 的流體套。流體套可以是在此描述的冷卻套或者在其它示例中可以是潤(rùn)滑套。[〇〇44]在顯示的缸蓋150中，在缸蓋150內(nèi)存在兩個(gè)冷卻套。入口或出口端口 180被示出為用于上冷卻套182。入口或出口端口 184還被示出為用于下冷卻套186。冷卻套182、186可以在缸蓋150內(nèi)部彼此流體連通或者可以彼此獨(dú)立。在其它示例中，缸蓋150可以僅具有單個(gè)冷卻套或者可以具有兩個(gè)以上的冷卻套。
[0045]缸蓋150具有可以與發(fā)動(dòng)機(jī)的縱向軸線對(duì)應(yīng)的縱向軸線190、側(cè)軸線或橫軸線192 以及垂直或正交軸線194。正交軸線194可以與缸蓋150的重力對(duì)齊或者不對(duì)齊。[〇〇46]圖4示出了用于在缸蓋150內(nèi)形成排氣通道的芯體200。芯體200代表缸蓋150內(nèi)通道的逆向視圖(negative view)。提供有排氣流道202,每個(gè)汽缸具有兩個(gè)排氣流道。排氣流道可以包括在每個(gè)流道202的端部區(qū)域用于排氣門44的基座。[〇〇47]芯體200也具有三個(gè)排氣通道204、206、208。由圖可見，可以通過流道將來自一個(gè)或多個(gè)汽缸的排氣引導(dǎo)至排氣通道。每個(gè)排氣通道提供流道和各個(gè)排氣端口之間的流體連接。例如，排氣通道204將發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸I流體地連接到圖3中的右下端口 172,排氣通道208 將發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸IV流體地連接到圖3中的左下端口 172,而排氣通道206將發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸II 和III流體地連接到圖3中靠上的中央端口 172。
[0048]排氣流道和排氣通道可以在缸蓋150中大體上橫向延伸至發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣側(cè)，示出的橫軸線192用于參考。
[0049]EGR通道220設(shè)置在汽缸蓋150內(nèi)并且在一個(gè)端部222處流體地連接或結(jié)合至排氣通道，比如通道206 AGR通道220的另一端部224在缸蓋150的側(cè)面上提供EGR端口 178 AGR通道200將排氣通道206內(nèi)的一部分排氣引導(dǎo)或轉(zhuǎn)移至EGR端口 178。
[0050]在一個(gè)示例中，EGR通道220具有在汽缸蓋150中大體上縱向延伸的第一部分226。 第一部分226可以與缸蓋150的側(cè)面156并排延伸或大體上平行延伸。第一部分226與側(cè)面 156間隔開使得其在缸蓋150的內(nèi)部。第一部分226可以直接流體連接至排氣通道206使得端部222包括在第一部分226中。[〇〇511EGR通道220還可以具有相對(duì)于第一部分226成角度定位的第二部分228。第二部分228可以在第一部分226和EGR端口 178之間提供流體連接或流動(dòng)路徑。第二部分228可以在缸蓋中大體上橫向延伸并且相對(duì)于第一部分226大體上橫向延伸。[〇〇52]在其它示例中，EGR通道220可以具有其它段、部分或形狀，并且可以相對(duì)于缸蓋150以及彼此以其它構(gòu)造設(shè)置各個(gè)部分。
[0053]圖5至圖7示出了用于排氣通道的芯體200和用于上冷卻套182的芯體250。芯體250代表用于缸蓋150內(nèi)的上冷卻套182的冷卻通道的逆向視圖。[〇〇54] 芯體250提供鄰近于且包圍EGR通道220的大部分邊界254的流體通道或冷卻通道 252以在EGR氣體離開汽缸蓋150之前至少部分地冷卻EGR氣體。EGR通道220的邊界254可以在通道220的第一部分和/或第二部分中。通道252鄰近于且包圍EGR通道220的邊界254的大部分達(dá)到該部分的長(zhǎng)度256。在一個(gè)示例中，長(zhǎng)度256大于通道220的有效直徑258。
[0055] 通道252基本上包圍EGR通道220使得冷卻通道252基本上包裹在EGR通道220周圍以冷卻流過EGR通道的EGR氣體。[〇〇56] 在一個(gè)示例中，通道252通過包圍大于邊界254的50%而基本上包圍邊界254和/或包圍邊界254的大部分。在另一個(gè)示例中，通道252通過包圍EGR通道220的至少75%而基本上包圍邊界254和/或包圍邊界254的大部分。在進(jìn)一步的示例中，通道252通過包圍邊界254 的50.1 %至95%、包圍50.1 %至75%、包圍75%至95%或者包圍大于邊界254的95%而基本上包圍邊界254和/或包圍邊界254的大部分。[〇〇57]由圖5和6可見，流體通道252和冷卻套182也可以鄰近于缸蓋中的流道和排氣通道。例如，通道252可以鄰近于提供排氣至排氣通道206的流道202。[〇〇58]冷卻通道252可以具有U形橫截面，并且該U形橫截面可以沿通道220的長(zhǎng)度256延伸。在一個(gè)示例中，冷卻通道252具有提供在EGR通道220和排氣側(cè)或面156之間的流體流動(dòng)的區(qū)域260。冷卻通道252具有提供EGR通道220和頂側(cè)或面154之間的流體流動(dòng)的區(qū)域262。 冷卻通道252具有提供用于EGR通道220和排氣側(cè)或排氣安裝面之間的流體流動(dòng)的區(qū)域264。 [〇〇59] 冷卻通道252通過由汽缸蓋150形成的薄壁265鄰近于且獨(dú)立于EGR通道220。[〇〇6〇] 冷卻通道252可以包括包裹在EGR通道220周圍且包裹以基本上覆蓋第二部分228 的蓋區(qū)域266。蓋區(qū)域266可以提供EGR通道220和端部160之間的流體流動(dòng)。[〇〇611隨著發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，排氣從從汽缸流入流道202并且流入排氣通道206。一部分排氣可以轉(zhuǎn)移進(jìn)EGR通道220。流體(比如發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑)在冷卻套186中循環(huán)并且通過流體通道 252 AGR氣體的溫度在EGR通道220的入口處(比如在端部222處)可能高達(dá)1000攝氏度。來自通道220中的EGR氣體的熱通過汽缸蓋150的材料傳輸并且傳輸至冷卻通道252中的流體。主要可以經(jīng)由傳導(dǎo)和對(duì)流傳輸熱。在EGR通道的出口處(例如在端部224或EGR端口 178處)EGR 氣體的溫度可以減小。定位在EGR回路中汽缸蓋下游的EGR冷卻器提供EGR氣體的任何額外的冷卻使得它們處于選擇的范圍以與發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣歧管中的進(jìn)氣混合。[〇〇62] 在一些示例中，可以在冷卻通道252和/或EGR通道220中設(shè)置額外的特征以改善從 EGR氣體至通道252中的流體的傳熱。在圖7中以虛線示出了這些特征的示例。[〇〇63] 冷卻通道252可以包括鄰近于EGR通道220以增加通道252的表面積的一系列表面特征280，從而增加傳熱。表面特征280被示出為一系列翅片。在其它示例中，表面特征280可以是其它形狀或其它突起、凹陷，或者可以提供其它輪廓。表面特征280可以設(shè)置為冷卻芯體250的一部分使得在鑄造、模塑或以其它方式形成缸蓋150時(shí)在缸蓋150內(nèi)形成這些特征。 [〇〇64] EGR通道220可以包括鄰近于冷卻通道252以增加EGR通道220的表面積的一系列表面特征282,從而增加傳熱?？梢栽谥辽僖徊糠诌吔?54的周圍設(shè)置表面特征282。表面特征 282被示出為一系列翅片。在其它示例中，表面特征282可以是其它形狀或其它突起、凹陷，或者可以提供其它輪廓。表面特征282可被設(shè)置為芯體200的一部分使得在鑄造、模塑或以其它方式形成缸蓋150時(shí)在缸蓋150內(nèi)形成這些特征。表面特征或者翅片設(shè)計(jì)可以基于制造該芯體引入的限制。[〇〇65]在進(jìn)一步的示例中，可以在缸蓋150內(nèi)設(shè)置一個(gè)或更多個(gè)層284以改善傳熱。層284 可以由具有較高熱傳導(dǎo)性的材料形成以提供EGR通道220中的EGR氣體和冷卻通道252的流體之間改善的傳熱。在一個(gè)示例中，汽缸蓋150由復(fù)合材料形成而層284由金屬(諸如鋁或銅)形成。[〇〇66] EGR通道220被示出為流體連接至排氣通道206。在顯示的示例中，作為可變排量發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)可以使用汽缸蓋150,其中在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)期間可以選擇性地停用汽缸以增加燃料經(jīng)濟(jì)性。在本示例中，發(fā)動(dòng)機(jī)中提供排氣至排氣通道206的兩個(gè)中央汽缸持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，并且由于當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)因?yàn)檫@些汽缸一直啟用而排氣通道206會(huì)一直提供排氣，從而 EGR通道220連接至排氣通道206。
[0067]本公開的多個(gè)實(shí)施例具有關(guān)聯(lián)的、非限制性的優(yōu)點(diǎn)。例如，發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸蓋可以包括在汽缸蓋內(nèi)轉(zhuǎn)移EGR氣體并且引導(dǎo)EGR氣體至缸蓋上EGR端口的通道。EGR通道可以成形為使EGR氣體在缸蓋內(nèi)傳輸一定距離。缸蓋中的流體通道基本上包圍或包裹EGR通道以提供缸蓋內(nèi)EGR氣體的冷卻。根據(jù)示例可以通過缸蓋中的冷卻套中的冷卻通道形成流體通道。EGR 通道和/或流體通道可以額外地設(shè)置有改善從EGR氣體至冷卻流體的傳熱的額外的表面特征。例如，可以在EGR通道和/或流體通道內(nèi)設(shè)置翅片，并且連接EGR系統(tǒng)的多個(gè)部件的任何管道可以額外地具有表面特征(諸如用于冷卻EGR氣體的翅片)。本公開經(jīng)由EGR冷卻器提供的傳熱路徑之外的傳熱路徑提供EGR氣體的冷卻，從而允許EGR冷卻器的尺寸和/或容量減小。
[0068]盡管上文描述了示例性實(shí)施例，但是并非意味著這些實(shí)施例描述了本發(fā)明的所有可能形式。更確切地，說明書中使用的詞語為描述性詞語而非限制性詞語，并且應(yīng)理解，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以作出各種改變。此外，可以組合各個(gè)實(shí)施的實(shí)施例的特征以形成本發(fā)明進(jìn)一步的實(shí)施例。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種發(fā)動(dòng)機(jī)，包含:汽缸蓋，限定汽缸蓋中流體連接至少一個(gè)排氣流道和所述汽缸蓋的側(cè)面上的排氣端口 的排氣通道、在所述汽缸蓋內(nèi)并且將所述排氣通道流體連接至所述側(cè)面上的EGR端口的排 氣再循環(huán)(EGR)通道以及流體通道，所述EGR通道具有與所述側(cè)面大體上平行延伸的部分， 所述流體通道鄰近于并且包圍所述EGR通道的所述部分的邊界的大部分以至少部分地冷卻 EGR氣體；EGR冷卻器，與所述汽缸蓋的所述EGR通道流體連通并且從所述EGR通道接收EGR氣體； 以及進(jìn)氣歧管，與所述EGR冷卻器流體連通并且從所述EGR冷卻器接收EGR氣體，所述進(jìn)氣歧 管流體連接至所述汽缸蓋。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，所述流體通道鄰近于并且包圍所述EGR通道的 所述部分的所述邊界的大部分達(dá)到所述部分的一定長(zhǎng)度，所述長(zhǎng)度大于所述通道的所述部 分的直徑。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，所述流體通道是沿所述部分的所述長(zhǎng)度的u形。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，所述汽缸蓋進(jìn)一步限定包括所述流體通道的冷 卻套;并且其中，所述發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)一步包括與所述流體通道流體連通的冷卻系統(tǒng)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，所述汽缸蓋進(jìn)一步限定包括所述流體通道的潤(rùn) 滑套;并且其中，所述發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)一步包括與所述流體通道流體連通的潤(rùn)滑系統(tǒng)。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，進(jìn)一步包括被構(gòu)造為將所述EGR冷卻器流體連接至所 述EGR端口和所述進(jìn)氣歧管中一者的連接管道，所述連接管道包括增加從所述EGR氣體至周 圍環(huán)境的傳熱的一系列外部翅片。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，所述EGR通道和所述流體通道中的至少一者具 有一系列傳熱表面特征。8.—種汽缸蓋，包含:主體，限定流體連接至在所述汽缸蓋中橫向延伸至排氣側(cè)面上的排氣端口的排氣通道 的第一排氣流道和第二排氣流道、連接至所述排氣通道并且縱向延伸至所述排氣側(cè)面上的 EGR端口的排氣再循環(huán)(EGR)通道以及鄰近于并且基本上包圍所述EGR通道以冷卻EGR氣體 的冷卻套通道。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的汽缸蓋，其中，所述排氣通道是第一排氣通道，并且所述排氣 端口是第一排氣端口；并且其中，所述主體限定流體連接至在所述汽缸蓋中橫向延伸至所述排氣側(cè)面上第二排氣 端口的第二排氣通道的第三排氣流道，所述第二排氣端口鄰近于所述第一排氣端口。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的汽缸蓋，其中，所述主體限定流體連接至在所述汽缸蓋中橫 向延伸至所述排氣側(cè)面上的第三排氣端口的第三排氣通道的第四排氣流道，所述第三排氣 端口鄰近于所述第一排氣端口和第二排氣端口。11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的汽缸蓋，其中，所述第一流道和第二流道位于所述第三流道 和所述第四流道之間。12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的汽缸蓋，其中，所述主體具有提供所述冷卻套通道的下冷卻 套和上冷卻套。13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的汽缸蓋，其中，所述冷卻套通道也鄰近于所述第一排氣流道 和第二排氣流道。14.一種發(fā)動(dòng)機(jī)部件，包含:汽缸蓋，其限定流體連接所述汽缸蓋內(nèi)的排氣通道和所述汽缸蓋的側(cè)面上的EGR端口 的排氣再循環(huán)(EGR)通道，所述EGR通道的一部分與所述側(cè)面間隔開并且沿所述側(cè)面延伸， 所述汽缸蓋限定基本上包裹在所述EGR通道的所述部分的周圍以冷卻流過所述EGR通道的 所述EGR氣體的冷卻通道。15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的發(fā)動(dòng)機(jī)部件，其中，所述冷卻通道包裹所述一部分所述EGR 通道的邊界的至少百分之七十五。16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的發(fā)動(dòng)機(jī)部件，其中，所述EGR通道的一部分是在所述汽缸蓋 中從所述排氣通道縱向延伸的第一部分，所述EGR通道具有與所述第一部分成角度延伸至 所述EGR端口的第二部分。17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的發(fā)動(dòng)機(jī)部件，其中，所述第二部分從所述第一部分橫向延伸 至所述EGR端口。18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的發(fā)動(dòng)機(jī)部件，其中，所述汽缸蓋具有被構(gòu)造為與發(fā)動(dòng)機(jī)缸體 匹配的平臺(tái)面、進(jìn)氣面、具有所述EGR端口的排氣面以及與所述平臺(tái)面相對(duì)的頂面;并且其中，所述冷卻通道沿所述第一部分的長(zhǎng)度包裹于所述EGR通道的所述第一部分并且 位于所述EGR通道和所述進(jìn)氣面、所述排氣面和所述頂面之間。19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的發(fā)動(dòng)機(jī)部件，其中，所述汽缸蓋具有第一端部和相對(duì)的第二 端部，其中所述EGR通道位于所述排氣通道和所述第一端部之間；并且其中，所述冷卻通道包裹于所述EGR通道的所述第二部分并且位于所述EGR通道和所述 第一端部之間。20.根據(jù)權(quán)利要求14所述的發(fā)動(dòng)機(jī)部件，其中，所述EGR通道和所述冷卻通道中的至少 一者包括一系列傳熱翅片。
【文檔編號(hào)】F02M26/41GK105971776SQ201610143846
【公開日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年3月14日
【發(fā)明人】西奧多·拜爾, 查爾斯·約瑟夫·帕塔尼斯, 威廉姆·斯彭斯, 喬迪·邁克爾·斯萊克, 約翰·克里斯托弗·里格
【申請(qǐng)人】福特全球技術(shù)公司