CN105971776B - 具有排气再循环的发动机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种具有排气再循环的发动机。用于发动机的汽缸盖限定流体连接至在汽缸盖中横向延伸至排气侧面上的排气端口的排气通道的第一排气流道和第二排气流道。汽缸盖限定连接至排气通道并且纵向延伸至排气侧面上EGR端口的排气再循环(EGR)通道。汽缸盖还限定邻近于并且基本上包围EGR通道以在通过EGR冷却器冷却之前冷却EGR气体的冷却套通道。

Description

具有排气再循环的发动机
技术领域
多个实施例涉及内燃发动机中的排气再循环。
背景技术
随着发动机运转，汽缸内的燃烧产生排气。这些排气通常从汽缸和发动机引导至包括排放减小或处理、噪声抑制等的排气系统。排气系统随后将排气排放至环境。在一些发动机中，可以从排气系统转移一部分排气并且在称为排气再循环(EGR)的过程中将其再引导至进气歧管。EGR气体与进气在进气歧管中混合并且在进气过程中提供至汽缸。通过混合EGR气体和进气，发动机可以提供减小的燃料消耗以及增加的燃料经济性和效率。在EGR气体流进进气歧管和进入汽缸之前，可能需要减小EGR气体的温度。通过减小EGR气体和进气混合物的温度，汽缸中提前点火(pre-ignition)的几率减小了。例如，在火花点火的发动机中当燃烧过程开始于点火之前则发生提前点火。排气可能达到1000摄氏度的温度。理想地，在供给进发动机的进气歧管或进气侧之前EGR气体的温度减小至约150摄氏度或以下。具有EGR系统的传统发动机通常使用水冷式热交换器减小EGR气体的温度。基于用于EGR气体的最大流率和最大温度减小来设计这些热交换器的尺寸。
发明内容
根据实施例，提供具有限定在汽缸盖中流体连接至少一个排气流道和缸盖的侧面上的排气端口的排气通道的汽缸盖的发动机。排气再循环(EGR)通道设置在汽缸盖内并且将排气通道流体连接至侧面上的EGR端口。缸盖还具有流体通道。EGR通道具有与侧面大体上平行延伸的部分。流体通道邻近于并且包围该部分EGR通道的边界的大部分以至少部分地冷却EGR气体。EGR冷却器与缸盖的EGR通道流体连通并且从其接收EGR气体。进气歧管与EGR冷却器流体连通并且从其接收EGR气体。进气歧管流体连接至缸盖。
根据另一个实施例，通过限定流体连接至在缸盖中横向延伸至排气侧面上的排气端口的排气通道的第一排气流道和第二排气流道的汽缸盖提供一种发动机部件。缸盖限定连接至排气通道并且纵向延伸至排气侧面上的EGR端口的排气再循环(EGR)通道。缸盖还限定邻近于并且基本上包围EGR通道以冷却EGR气体的冷却套通道。
根据又一个实施例，通过限定流体连接缸盖内的排气通道和缸盖的侧面上的EGR端口的排气再循环(EGR)通道的汽缸盖提供发动机部件。EGR通道的一部分与侧面间隔开并且沿侧面延伸。缸盖限定基本上包裹在该部分EGR通道周围用于冷却流过EGR通道的EGR气体的冷却通道。
本公开的各个实施例具有关联的、非限制性的优点。例如，发动机的汽缸盖可以包括在汽缸盖内转移EGR气体并且将EGR气体引导至缸盖上的EGR端口的通道。EGR通道可被成形为使EGR气体在缸盖内传输一定距离。缸盖中的流体通道基本上包围或包裹EGR通道以提供缸盖内EGR气体的冷却。根据示例可以通过缸盖中的冷却套中的冷却通道形成流体通道。EGR通道和/或流体通道可以额外地设置有改善从EGR气体至冷却流体的传热的额外的表面特征。例如，可以在EGR通道和/或流体通道内设置翅片，并且连接EGR系统的多个部件的任何管道可以额外地具有表面特征(诸如用于冷却EGR气体的翅片)。本公开经由EGR冷却器提供的传热路径之外的传热路径提供EGR气体的冷却，从而允许EGR冷却器的尺寸和/或容量减小。
附图说明
图1示出了能利用本公开的各种实施例的内燃发动机；
图2示出了用于图1的发动机的排气系统的示意图；
图3示出了根据实施例的汽缸盖的透视图；
图4示出了用于图3的汽缸盖内排气通道的芯体；
图5示出了用于水套的芯体和用于图3的汽缸盖的图4的芯体；
图6示出了根据实施例的图3的汽缸盖的截面图；
图7示出了根据实施例的图3的汽缸盖的截面图。
具体实施方式
根据需要，在此提供本公开的具体实施例；然而，应理解，公开的实施例仅为本发明的示例，本发明可以以各种和替代的形式实施。附图无需按比例绘制；可以放大或缩小一些特征以显示特定部件的细节。所以，此处所公开的具体结构和功能细节不应解释为限制，而仅为教导本领域技术人员以多种形式利用本公开的代表性基础。
图1示出了内燃发动机20的示意图。发动机20具有多个汽缸22，并且示出了一个汽缸。发动机20可以具有任意数量的汽缸，并且可以以各种构造来布置汽缸。发动机20具有与每个汽缸22关联的燃烧室24。通过汽缸壁32和活塞34形成汽缸22。活塞34连接至曲轴36。燃烧室24与进气歧管38和排气歧管40流体连通。进气门42控制从进气歧管38进入燃烧室24的流动。排气门44控制从燃烧室24至排气歧管40的流动。可以以本技术领域已知的各种方式操作进气门42和排气门44而控制发动机运转。
燃料喷射器46将燃料从燃料系统直接输送进燃烧室24从而发动机是直接喷射式发动机。发动机20可以使用低压或高压燃料喷射系统或者在其它示例中可以使用进气道喷射系统。点火系统包括被控制为以火花的形式提供能量以点燃燃烧室24中的燃料空气混合物的火花塞48。在其它实施例中，可以使用其它燃料输送系统和点火系统或技术，包括压缩点火。
发动机20包括控制器和多个传感器，这些传感器被配置为提供信号至控制器用于控制至发动机的空气和燃料输送、点火正时、发动机的功率和扭矩输出、排气系统等。发动机传感器可以包括但不限于排气歧管40中的氧传感器、发动机冷却剂温度传感器、加速器踏板位置传感器、发动机歧管压力(MAP)传感器、用于曲轴位置的发动机位置传感器、进气歧管38中的空气质量传感器、节气门位置传感器、排气歧管40中的排气温度传感器等。
在一些实施例中，发动机20用作车辆(比如传统车辆或自动启停车辆(stop-startvehicle))中唯一的原动机。在其它实施例中，可以在混合动力车辆中使用发动机，在混合动力车辆中，额外的原动机(比如电机)可用于提供推进车辆的额外动力。
每个汽缸22可以在包括进气冲程、压缩冲程、点火冲程和排气冲程的四冲程循环下运转。在其它实施例中，发动机可以在而冲程循环下运转。在进气冲程期间，进气门42打开并且排气门44关闭，同时活塞34从汽缸22的顶部移动至汽缸22的底部以将空气从进气歧管引导至燃烧室。活塞34在汽缸22顶部的位置通常称为上止点(TDC)。活塞34在汽缸底部的位置通常称为下止点(BDC)。
在压缩冲程期间，进气门42和排气门44关闭。活塞34从汽缸22的底部向顶部移动以压缩燃烧室24内的空气。
燃料随后引入燃烧室24并且被点燃。在示出的发动机20中，燃料喷射进燃烧室24中并且随后使用火花塞48点燃。在其它示例中，可以使用压缩点火来点燃燃料。
在膨胀冲程期间，燃烧室24中点燃的燃料空气混合物膨胀，从而使活塞34从汽缸22的顶部移动至汽缸22的底部。活塞34的移动导致曲轴36对应的移动并且从发动机20提供机械扭矩输出。
在排气冲程期间，进气门42保持关闭并且排气门44打开。活塞34从汽缸的底部移动至汽缸22的顶部以通过减小燃烧室24的容积从燃烧室24去除排气和燃烧产物。排气从燃烧汽缸22流至排气歧管40并且至后处理系统(诸如催化转化器)。
对于各个发动机冲程，可以改变进气门42和排气门44的位置和正时以及燃料喷射正时和点火正时。
发动机20具有彼此协作形成燃烧室24的汽缸体70和汽缸盖72。缸盖密封垫(未显示)可以定位在缸体70和缸盖72之间以密封燃烧室24。汽缸体70具有沿分模线74与汽缸盖72的缸盖平台面(deckface)对应和匹配的缸体平台面。
发动机20包括流体系统或冷却系统80。在一个示例中，流体系统是从发动机20去除热的冷却系统。在另一个示例中，流体系统80是润滑发动机部件的润滑系统。
对于冷却系统80，可以通过冷却系统控制器或发动机控制器控制从发动机20去除的热的量。系统80可以作为一个或更多个冷却套集成进发动机20。系统80具有可以包含水或另一种冷却剂作为工作流体的一个或更多个冷却回路。在一个示例中，冷却回路具有汽缸体70中的第一冷却套84和汽缸盖72中的第二冷却套86，其中冷却套84、86彼此流体连通。缸体70和缸盖72可以具有额外的冷却套。冷却系统80和冷却套84、86中的冷却剂(比如水)从高压区域流向压力较低的区域。
流体系统80具有一个或更多个泵88。在冷却系统80中，泵88将回路中的流体提供至汽缸体70中的流体通道并且随后提供至缸盖72。冷却系统80还可以包括控制冷却剂的流动或压力或者引导系统80内冷却剂的阀门(未显示)。汽缸体70中的冷却通道可以邻近于一个或更多个燃烧室24和汽缸22。类似地，汽缸盖72中的冷却通道可以邻近于一个或更多个燃烧室24和汽缸22以及用于排气门44的排气口。流体从汽缸盖72流动并且流出发动机20至将热从冷却剂传输至环境的热交换器(比如散热器)90。
图2示出了根据示例的发动机的示意图并且可以如上文相对于图1描述的使用发动机20。进气在入口100进入进气歧管38。随后空气被引导通过空气滤清器102。
在一些示例中，发动机20可以提供有涡轮增压器或机械增压器以增加进气的压力，并且从而增加发动机中的平均有效压力以增加发动机功率输出。发动机20被示出为具有涡轮增压器104；然而，发动机20的其它示例具有机械增压器或者是自然吸气的。涡轮增压器104可以是任何适当的涡轮机械装置。进气通过涡轮增压器104的压缩机部分106压缩，并且随后流动通过中间冷却器108或其它热交换器以在压缩过程之后减小进气的温度。
通过节气门110控制进气流动。可以使用发动机控制单元电动控制节气门110或者可以其它方式激活或控制节气门110。进气流动通过发动机20的进气侧112上的进气歧管。进气随后与燃料混合并反应以从发动机20提供功率。
发动机的排气流动通过排气流道并且至发动机20的排气侧上的排气歧管。在本示例中，例如使用铸造工艺可以将排气流道和至少一部分排气歧管作为集成通道包含进发动机汽缸盖。
排气歧管40中的一部分排气可以在116处被转移以进入由此处描述的彼此直接连接或者使用一个或更多个连接管道连接的多个部件组成的排气再循环(EGR)回路或系统118。EGR回路118中的EGR气体可被引导通过EGR冷却器或热交换器120以减小EGR气体的温度。116处排气的温度可能高达1000摄氏度。
在发动机20中，可以将EGR输出(takeoff)包含进发动机20的汽缸盖的通道。可以在发动机20的汽缸盖中预冷却EGR气体以减小EGR冷却器120的负荷。通过在热交换器120之前提供EGR气体的冷却，可以减小热交换器120的尺寸和/或容量，提供了用于发动机20的更紧凑且更轻的部件。此外通过在热交换器120之前提供EGR气体的预冷却，可以获得对发动机进气歧管38处EGR气体的温度的更好控制。
可以使用已有的发动机系统中的流体(例如发动机冷却剂、机油或润滑剂等)冷却热交换器中的EGR气体。可替代地，可以使用环境空气冷却EGR冷却器。在进一步的示例中，EGR冷却器120是车辆内独立系统的一部分并且通过系统内的流体冷却EGR气体。
可以在EGR系统118中提供阀门122以控制至进气歧管38的EGR气体的流动。可以使用发动机控制单元或车辆中的其它控制器控制阀门122。在用于发动机20的进气歧管38中的进气与回路118中的EGR气体混合。EGR气体可以冷却至用于与进气混合的目标温度或预定温度。在一个示例中，EGR气体冷却至约150摄氏度，但是可以预想其它温度。
发动机20中EGR的使用可以通过在燃烧期间减小峰值温度而从发动机20提供减小的排放，例如EGR可以减小氮氧化物(NOx)。EGR还可以增加发动机20的效率，从而改善燃料经济性。然而，如果EGR气体冷却不充分，则发动机20中可能发生提前点火。
116处未转移用于EGR的其余排气继续通过排气歧管40。如果发动机20具有涡轮增压器，则排气流过装置104的涡轮部分130。装置104可以具有与压缩机106和/或涡轮130关联的旁通或其它控制机构以提供对入口压力、发动机的背压和用于发动机20的平均有效压力的控制。随后引导排气通过一个或更多个后处理装置132。后处理装置132的示例包括但不限于催化转化器、微粒物质过滤器、消声器。
图3示出了发动机部件，比如汽缸盖150。汽缸盖150可以用于图1和2示出的发动机20。示出的汽缸盖150配置用于在直列式、火花点火、涡轮增压、可变排量发动机中使用。汽缸盖150可以重新配置用于在其它发动机中使用并且保持在本公开的精神和范围内。汽缸盖150可以由多种材料形成，包括铁和铁合金、铝和铝合金、其它金属合金、复合材料等。
汽缸盖具有与图1的分模线74对应并且被构造为与缸盖密封垫以及对应的汽缸体的平台面匹配以形成发动机缸体的平台面152或平台侧。与平台面152相对的是顶面、顶侧或表面154。汽缸盖的排气面或侧156提供用于外部排气歧管的安装特征并且与图2中的元件114对应。与排气面156相对的进气面或侧(未显示)提供用于发动机的进气歧管的安装特征并且与元件112对应。汽缸盖150还具有第一端部158和相对的第二端部160。尽管这些面显示为彼此大体上垂直，但是可以有其它定向，并且可以相对于彼此区别地定向这些面以形成缸盖150。
缸盖150的排气侧156具有用于引导排气至涡轮增压器、后处理装置等的外部排气歧管或其它管的安装面170。尽管汽缸盖150被示出为具有三个排气端口172，但是可以预想缸盖150的任意数量的排气端口。
缸盖150的排气侧156还具有用于EGR冷却器120或引导EGR气体至EGR冷却器的管的安装面176。安装面176限定EGR端口178。从缸盖150内的排气流转移EGR气体。安装面170、176被示出为共面且连续；然而，面170、176可以偏置、间隔开、相对于彼此成角度或以其它方式定向在缸盖150上。
汽缸盖150具有例如在铸造或塑模过程期间在缸盖150内形成并且集成进缸盖150的流体套。流体套可以是在此描述的冷却套或者在其它示例中可以是润滑套。
在显示的缸盖150中，在缸盖150内存在两个冷却套。入口或出口端口180被示出为用于上冷却套182。入口或出口端口184还被示出为用于下冷却套186。冷却套182、186可以在缸盖150内部彼此流体连通或者可以彼此独立。在其它示例中，缸盖150可以仅具有单个冷却套或者可以具有两个以上的冷却套。
缸盖150具有可以与发动机的纵向轴线对应的纵向轴线190、侧轴线或横轴线192以及垂直或正交轴线194。正交轴线194可以与缸盖150的重力对齐或者不对齐。
图4示出了用于在缸盖150内形成排气通道的芯体200。芯体200代表缸盖150内通道的逆向视图(negative view)。提供有排气流道202，每个汽缸具有两个排气流道。排气流道可以包括在每个流道202的端部区域用于排气门44的基座。
芯体200也具有三个排气通道204、206、208。由图可见，可以通过流道将来自一个或多个汽缸的排气引导至排气通道。每个排气通道提供流道和各个排气端口之间的流体连接。例如，排气通道204将发动机的汽缸I流体地连接到图3中的右下端口172，排气通道208将发动机的汽缸IV流体地连接到图3中的左下端口172，而排气通道206将发动机的汽缸II和III流体地连接到图3中靠上的中央端口172。
排气流道和排气通道可以在缸盖150中大体上横向延伸至发动机的排气侧，示出的横轴线192用于参考。
EGR通道220设置在汽缸盖150内并且在一个端部222处流体地连接或结合至排气通道，比如通道206。EGR通道220的另一端部224在缸盖150的侧面上提供EGR端口178。EGR通道200将排气通道206内的一部分排气引导或转移至EGR端口178。
在一个示例中，EGR通道220具有在汽缸盖150中大体上纵向延伸的第一部分226。第一部分226可以与缸盖150的侧面156并排延伸或大体上平行延伸。第一部分226与侧面156间隔开使得其在缸盖150的内部。第一部分226可以直接流体连接至排气通道206使得端部222包括在第一部分226中。
EGR通道220还可以具有相对于第一部分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之间提供流体连接或流动路径。第二部分228可以在缸盖中大体上横向延伸并且相对于第一部分226大体上横向延伸。
在其它示例中，EGR通道220可以具有其它段、部分或形状，并且可以相对于缸盖150以及彼此以其它构造设置各个部分。
图5至图7示出了用于排气通道的芯体200和用于上冷却套182的芯体250。芯体250代表用于缸盖150内的上冷却套182的冷却通道的逆向视图。
芯体250提供邻近于且包围EGR通道220的大部分边界254的流体通道或冷却通道252以在EGR气体离开汽缸盖150之前至少部分地冷却EGR气体。EGR通道220的边界254可以在通道220的第一部分和/或第二部分中。通道252邻近于且包围EGR通道220的边界254的大部分达到该部分的长度256。在一个示例中，长度256大于通道220的有效直径258。
通道252基本上包围EGR通道220使得冷却通道252基本上包裹在EGR通道220周围以冷却流过EGR通道的EGR气体。
在一个示例中，通道252通过包围大于边界254的50％而基本上包围边界254和/或包围边界254的大部分。在另一个示例中，通道252通过包围EGR通道220的至少75％而基本上包围边界254和/或包围边界254的大部分。在进一步的示例中，通道252通过包围边界254的50.1％至95％、包围50.1％至75％、包围75％至95％或者包围大于边界254的95％而基本上包围边界254和/或包围边界254的大部分。
由图5和6可见，流体通道252和冷却套182也可以邻近于缸盖中的流道和排气通道。例如，通道252可以邻近于提供排气至排气通道206的流道202。
冷却通道252可以具有U形横截面，并且该U形横截面可以沿通道220的长度256延伸。在一个示例中，冷却通道252具有提供在EGR通道220和排气侧或面156之间的流体流动的区域260。冷却通道252具有提供EGR通道220和顶侧或面154之间的流体流动的区域262。冷却通道252具有提供用于EGR通道220和排气侧或排气安装面之间的流体流动的区域264。
冷却通道252通过由汽缸盖150形成的薄壁265邻近于且独立于EGR通道220。
冷却通道252可以包括包裹在EGR通道220周围且包裹以基本上覆盖第二部分228的盖区域266。盖区域266可以提供EGR通道220和端部160之间的流体流动。
随着发动机运转，排气从从汽缸流入流道202并且流入排气通道206。一部分排气可以转移进EGR通道220。流体(比如发动机冷却剂)在冷却套186中循环并且通过流体通道252。EGR气体的温度在EGR通道220的入口处(比如在端部222处)可能高达1000摄氏度。来自通道220中的EGR气体的热通过汽缸盖150的材料传输并且传输至冷却通道252中的流体。主要可以经由传导和对流传输热。在EGR通道的出口处(例如在端部224或EGR端口178处)EGR气体的温度可以减小。定位在EGR回路中汽缸盖下游的EGR冷却器提供EGR气体的任何额外的冷却使得它们处于选择的范围以与发动机的进气歧管中的进气混合。
在一些示例中，可以在冷却通道252和/或EGR通道220中设置额外的特征以改善从EGR气体至通道252中的流体的传热。在图7中以虚线示出了这些特征的示例。
冷却通道252可以包括邻近于EGR通道220以增加通道252的表面积的一系列表面特征280，从而增加传热。表面特征280被示出为一系列翅片。在其它示例中，表面特征280可以是其它形状或其它突起、凹陷，或者可以提供其它轮廓。表面特征280可以设置为冷却芯体250的一部分使得在铸造、模塑或以其它方式形成缸盖150时在缸盖150内形成这些特征。
EGR通道220可以包括邻近于冷却通道252以增加EGR通道220的表面积的一系列表面特征282，从而增加传热。可以在至少一部分边界254的周围设置表面特征282。表面特征282被示出为一系列翅片。在其它示例中，表面特征282可以是其它形状或其它突起、凹陷，或者可以提供其它轮廓。表面特征282可被设置为芯体200的一部分使得在铸造、模塑或以其它方式形成缸盖150时在缸盖150内形成这些特征。表面特征或者翅片设计可以基于制造该芯体引入的限制。
在进一步的示例中，可以在缸盖150内设置一个或更多个层284以改善传热。层284可以由具有较高热传导性的材料形成以提供EGR通道220中的EGR气体和冷却通道252的流体之间改善的传热。在一个示例中，汽缸盖150由复合材料形成而层284由金属(诸如铝或铜)形成。
EGR通道220被示出为流体连接至排气通道206。在显示的示例中，作为可变排量发动机运转的发动机可以使用汽缸盖150，其中在发动机运转期间可以选择性地停用汽缸以增加燃料经济性。在本示例中，发动机中提供排气至排气通道206的两个中央汽缸持续运转，并且由于当发动机运转时因为这些汽缸一直启用而排气通道206会一直提供排气，从而EGR通道220连接至排气通道206。
本公开的多个实施例具有关联的、非限制性的优点。例如，发动机的汽缸盖可以包括在汽缸盖内转移EGR气体并且引导EGR气体至缸盖上EGR端口的通道。EGR通道可以成形为使EGR气体在缸盖内传输一定距离。缸盖中的流体通道基本上包围或包裹EGR通道以提供缸盖内EGR气体的冷却。根据示例可以通过缸盖中的冷却套中的冷却通道形成流体通道。EGR通道和/或流体通道可以额外地设置有改善从EGR气体至冷却流体的传热的额外的表面特征。例如，可以在EGR通道和/或流体通道内设置翅片，并且连接EGR系统的多个部件的任何管道可以额外地具有表面特征(诸如用于冷却EGR气体的翅片)。本公开经由EGR冷却器提供的传热路径之外的传热路径提供EGR气体的冷却，从而允许EGR冷却器的尺寸和/或容量减小。
尽管上文描述了示例性实施例，但是并非意味着这些实施例描述了本发明的所有可能形式。更确切地，说明书中使用的词语为描述性词语而非限制性词语，并且应理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以作出各种改变。此外，可以组合各个实施的实施例的特征以形成本发明进一步的实施例。

Claims (24)

1.一种发动机，包含：
汽缸盖，限定汽缸盖中流体连接至少一个排气流道和所述汽缸盖的侧面上的排气端口的排气通道、在所述汽缸盖内并且将所述排气通道流体连接至所述侧面上的排气再循环(EGR)端口的EGR通道以及流体通道，所述EGR通道具有与所述侧面大体上平行延伸的部分，所述流体通道邻近于并且包围所述EGR通道的所述部分的边界的大部分以至少部分地冷却EGR气体；
EGR冷却器，与所述汽缸盖的所述EGR通道流体连通并且从所述EGR通道接收EGR气体；以及
进气歧管，与所述EGR冷却器流体连通并且从所述EGR冷却器接收EGR气体，所述进气歧管流体连接至所述汽缸盖。
2.根据权利要求1所述的发动机，其中，所述流体通道邻近于并且包围所述EGR通道的所述部分的所述边界的大部分达到所述部分的一定长度，所述长度大于所述通道的所述部分的直径。
3.根据权利要求2所述的发动机，其中，所述流体通道是沿所述部分的所述长度的u形。
4.根据权利要求1所述的发动机，其中，所述汽缸盖进一步限定包括所述流体通道的冷却套；并且
其中，所述发动机进一步包括与所述流体通道流体连通的冷却系统。
5.根据权利要求1所述的发动机，其中，所述汽缸盖进一步限定包括所述流体通道的润滑套；并且
其中，所述发动机进一步包括与所述流体通道流体连通的润滑系统。
6.根据权利要求1所述的发动机，进一步包括被构造为将所述EGR冷却器流体连接至所述EGR端口和所述进气歧管中一者的连接管道，所述连接管道包括增加从所述EGR气体至周围环境的传热的一系列外部翅片。
7.根据权利要求1所述的发动机，其中，所述EGR通道和所述流体通道中的至少一者具有一系列传热表面特征。
8.一种汽缸盖，包含：
主体，限定流体连接至在所述汽缸盖中横向延伸至排气侧面上的排气端口的排气通道的第一排气流道和第二排气流道、连接至所述排气通道并且纵向延伸至所述排气侧面上的排气再循环(EGR)端口的EGR通道以及邻近于并且包围所述EGR通道以冷却EGR气体的冷却套通道。
9.根据权利要求8所述的汽缸盖，其中，所述排气通道是第一排气通道，并且所述排气端口是第一排气端口；并且
其中，所述主体限定流体连接至在所述汽缸盖中横向延伸至所述排气侧面上的第二排气端口的第二排气通道的第三排气流道，所述第二排气端口邻近于所述第一排气端口。
10.根据权利要求9所述的汽缸盖，其中，所述主体限定流体连接至在所述汽缸盖中横向延伸至所述排气侧面上的第三排气端口的第三排气通道的第四排气流道，所述第三排气端口邻近于所述第一排气端口和第二排气端口。
11.根据权利要求10所述的汽缸盖，其中，所述第一排气流道和第二排气流道位于所述第三排气流道和所述第四排气流道之间。
12.根据权利要求8所述的汽缸盖，其中，所述主体具有提供所述冷却套通道的下冷却套和上冷却套。
13.根据权利要求8所述的汽缸盖，其中，所述冷却套通道也邻近于所述第一排气流道和第二排气流道。
14.根据权利要求8所述的汽缸盖，其中，所述冷却套通道包围所述EGR通道的边界的大于50％至95％。
15.根据权利要求8所述的汽缸盖，其中，所述冷却套通道包围所述EGR通道的边界的95％以上。
16.一种发动机部件，包含：
汽缸盖，其限定流体连接所述汽缸盖内的排气通道和所述汽缸盖的侧面上的排气再循环(EGR)端口的EGR通道，所述EGR通道的一部分与所述侧面间隔开并且沿所述侧面延伸，所述汽缸盖限定包裹在所述EGR通道的所述部分的周围以冷却流过所述EGR通道的EGR气体的冷却通道。
17.根据权利要求16所述的发动机部件，其中，所述冷却通道包裹所述EGR通道的所述部分的边界的至少百分之七十五。
18.根据权利要求16所述的发动机部件，其中，所述EGR通道的所述部分是在所述汽缸盖中从所述排气通道纵向延伸的第一部分，所述EGR通道具有与所述第一部分成角度延伸至所述EGR端口的第二部分。
19.根据权利要求18所述的发动机部件，其中，所述第二部分从所述第一部分横向延伸至所述EGR端口。
20.根据权利要求18所述的发动机部件，其中，所述汽缸盖具有被构造为与发动机缸体匹配的平台面、进气面、具有所述EGR端口的排气面以及与所述平台面相对的顶面；并且
其中，所述冷却通道沿所述第一部分的长度包裹于所述EGR通道的所述第一部分并且位于所述EGR通道与所述进气面、所述排气面和所述顶面之间。
21.根据权利要求20所述的发动机部件，其中，所述汽缸盖具有第一端部和相对的第二端部，其中，所述EGR通道位于所述排气通道和所述第一端部之间；并且
其中，所述冷却通道包裹于所述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间。
22.根据权利要求16所述的发动机部件，其中，所述EGR通道和所述冷却通道中的至少一者包括一系列传热翅片。
23.根据权利要求16所述的发动机部件，其中，所述冷却通道包裹所述EGR通道的所述部分的边界的大于50％至95％。
24.根据权利要求16所述的发动机部件，其中，所述冷却通道包裹所述EGR通道的所述部分的边界的95％以上。
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Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6187538B2 (ja) * 2015-05-15 2017-08-30 トヨタ自動車株式会社 シリンダヘッド
KR101795167B1 (ko) * 2015-11-20 2017-11-08 현대자동차주식회사 배기매니폴드 및 egr쿨러 일체형 실린더헤드
US10330054B2 (en) * 2016-03-24 2019-06-25 Ford Global Technologies, Llc Systems and method for an exhaust gas recirculation cooler coupled to a cylinder head
KR101846660B1 (ko) * 2016-04-20 2018-04-09 현대자동차주식회사 차량용 egr 쿨러
KR20190027596A (ko) * 2017-09-07 2019-03-15 현대자동차주식회사 배기가스 재순환 장치
JP2019127917A (ja) * 2018-01-26 2019-08-01 マツダ株式会社 エンジンの吸排気装置
US11255299B2 (en) 2019-05-31 2022-02-22 Ford Global Technologies, Llc Systems and methods for an exhaust gas recirculation valve cartridge in an integrated exhaust manifold cylinder head
US11136945B2 (en) * 2019-06-18 2021-10-05 GM Global Technology Operations LLC Cylinder head with integrated exhaust manifold and dedicated exhaust gas recirculation port
CN111042945B (zh) * 2019-10-31 2021-06-15 哈尔滨工业大学（威海） 发动机废气分层进气系统
JP7487528B2 (ja) * 2020-04-01 2024-05-21 マツダ株式会社 エンジンのｅｇｒシステム

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1063411A2 (de) * 1999-06-26 2000-12-27 Man Nutzfahrzeuge Ag Abgasrückführleitung für Brennkraftmaschinen
CN102297046A (zh) * 2010-06-25 2011-12-28 马自达汽车株式会社 发动机的排气回流装置
CN103352768A (zh) * 2013-07-23 2013-10-16 安徽江淮汽车股份有限公司 一种发动机气缸盖水套
JP2014109205A (ja) * 2012-11-30 2014-06-12 Daihatsu Motor Co Ltd 多気筒内燃機関
CN104110321A (zh) * 2013-04-19 2014-10-22 铃木株式会社 车辆用发动机的废气回流装置

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS618202Y2 (zh) * 1979-07-30 1986-03-13
JPS5949755U (ja) * 1982-09-27 1984-04-02 本田技研工業株式会社 内燃エンジン
SU1420224A1 (ru) * 1986-12-18 1988-08-30 Алма-Атинский Энергетический Институт Устройство рециркул ции отработавших газов двигател внутреннего сгорани
US5490488A (en) * 1995-04-05 1996-02-13 Ford Motor Company Internal combustion engine intake manifold with integral EGR cooler and ported EGR flow passages
IT1320352B1 (it) 2000-05-12 2003-11-26 Iveco Fiat Motore endotermico provvisto di un impianto di ricircolo di gas discarico, in particolare per un veicolo.
JP4537615B2 (ja) 2001-05-17 2010-09-01 本田技研工業株式会社 内燃機関のｅｇｒガス還流装置
US7069918B2 (en) * 2002-06-13 2006-07-04 Cummins Inc. Cylinder head having an internal exhaust gas recirculation passage
US6971378B2 (en) * 2002-06-13 2005-12-06 Cummins, Inc. Cylinder head having an internal exhaust gas recirculation passage
JP2008045499A (ja) * 2006-08-17 2008-02-28 Mazda Motor Corp エンジンのシリンダヘッド構造
JP2009215972A (ja) * 2008-03-11 2009-09-24 Ihi Corp 内燃機関の排気還流装置
US7625257B1 (en) * 2008-03-24 2009-12-01 Brunswick Corporation Exhaust gas recirculation cooling system for an engine of an outboard motor
JP2011236849A (ja) * 2010-05-12 2011-11-24 Toyota Motor Corp 内燃機関排気冷却システム及び排気冷却用アダプタ
CN102893012B (zh) 2010-05-17 2015-03-18 丰田自动车株式会社 具有egr气体冷却构造的气缸盖及其制造方法
US8936012B2 (en) 2010-09-27 2015-01-20 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Cylinder head
US9897046B2 (en) * 2014-07-23 2018-02-20 Hyundai Motor Company Integrated short path equal distribution EGR system

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1063411A2 (de) * 1999-06-26 2000-12-27 Man Nutzfahrzeuge Ag Abgasrückführleitung für Brennkraftmaschinen
CN102297046A (zh) * 2010-06-25 2011-12-28 马自达汽车株式会社 发动机的排气回流装置
JP2014109205A (ja) * 2012-11-30 2014-06-12 Daihatsu Motor Co Ltd 多気筒内燃機関
CN104110321A (zh) * 2013-04-19 2014-10-22 铃木株式会社 车辆用发动机的废气回流装置
CN103352768A (zh) * 2013-07-23 2013-10-16 安徽江淮汽车股份有限公司 一种发动机气缸盖水套

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Publication number Publication date
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