CN112012855A - 用于排气再循环阀芯的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供了“用于排气再循环阀芯的系统和方法”。提供了用于车辆中的排气再循环(EGR)系统的系统和方法。在一个示例中，一种系统可以包括：气缸盖，其包括一体式排气歧管(IEM)；EGR插装阀，其包括定位在所述IEM的中央收集器区域处的所述气缸盖中的EGR阀；以及水套，其形成在所述气缸盖内，所述水套包括围绕所述EGR插装阀的圆周延伸的至少一个冷却通道。以这种方式，提供了一种EGR系统，所述EGR系统在气缸的排气门到所述EGR阀之间具有减小的体积，从而减小了所述EGR系统的封装空间和复杂性，同时提高了发动机性能。

Description

用于排气再循环阀芯的系统和方法

技术领域

本说明书总体上涉及用于具有一体式排气歧管和排气再循环系统的发动机的系统和方法。

背景技术

车辆发动机系统可以利用外部排气再循环(EGR)系统来减少NOx排放并提高发动机效率。例如，外部EGR系统可以将发动机排气歧管经由EGR通道联接到发动机进气歧管。可以控制设置在EGR通道内的EGR阀，以针对给定的发动机工况(例如，发动机转速、发动机负载和发动机温度)实现所期望的进气稀释，以保持所期望的燃烧稳定性，同时提供排放和燃料经济性效益。

然而，传统的EGR系统难以封装在典型的发动机布局内。例如，来自排气歧管的排气进料可以流到需要支架和宽阔的封装空间来安装在发动机外表面上的被单独容纳的EGR阀和马达控制组件。另外，复杂的冷却回路和通道，诸如钻孔通道和塞子，可以用于冷却EGR系统的部件(例如EGR阀)，从而增加了封装空间和系统复杂性。总体而言，宽阔的封装布局向车辆添加了附加的重量，增加了部件和组装成本，并且降低了EGR系统的性能。

减少EGR系统的封装空间和复杂性的其他尝试包括将EGR通道集成到气缸盖中。Arnell等人在US 6,752,133B2中示出了一种示例方法。其中，EGR通道布置在气缸盖中，其中被设置在EGR通道中的EGR阀在气缸盖的进气歧管侧。在气缸盖中包括EGR通道和EGR阀使得能够经由气缸盖的冷却特征件进行冷却。

然而，本文的发明人已认识到此类系统的潜在问题。作为一个示例，相对于将EGR阀紧密联接到排气歧管，将EGR阀放置在进气歧管侧会降低发动机性能。作为另一个示例，Arnell的系统未示出EGR阀相对于气缸盖的冷却特征件放置的位置。本文的发明人已认识到，对冷却特征件的仔细考虑，而不仅仅是EGR阀的定位，是EGR系统的功能所必须的，因为不充分的冷却会导致EGR阀劣化。

发明内容

在一个示例中，上述问题可以由一种系统解决，所述系统包括：包括一体式排气歧管(IEM)的气缸盖；定位在IEM的中央收集器区域处的气缸盖中的圆柱形孔中的排气再循环(EGR)插装阀(cartridge)，所述EGR插装阀包括定位在其中的EGR阀；以及封闭在气缸盖内的水套，所述水套包括围绕EGR插装阀的圆周的第一冷却通道。以这种方式，气缸盖水套被专门设计以冷却EGR插装阀，从而使EGR插装阀能够集成在气缸盖中以减小外部EGR系统的封装空间和复杂性。

作为一个示例，EGR插装阀包括圆柱形壳体，并且所述壳体形成EGR流动路径，使得当EGR阀打开时，排气可以从IEM流过壳体并流到集成在气缸盖内的EGR通道。EGR阀可以是提升阀，并且壳体的底部可以形成用于所述提升阀的阀座，使得当所述提升阀从阀座上提起时，排气可以经由所述底部流入壳体。EGR通道可以联接到壳体的侧面中的使得排气能够流出壳体并流到EGR通道中的开口，所述EGR通道还可以联接到气缸盖外部的EGR系统部件(例如，EGR冷却器)。此外，EGR插装阀可以布置在气缸盖中的圆柱形孔中，所述圆柱形孔从气缸盖的顶表面延伸到IEM，以将EGR插装阀流体地联接到IEM。作为另一个示例，导热体可以定位在EGR插装阀和圆柱形孔之间，并且与EGR插装阀的壳体和圆柱形孔(例如，气缸盖的金属)直接接触，以在EGR插装阀部件和气缸盖之间高效地传递热量。作为又一个示例，水套还可以包括竖直地定位在第一冷却通道上方的第二冷却通道，所述第二冷却通道围绕EGR插装阀的圆周的一部分。例如，第二冷却通道可以是专用于冷却EGR插装阀的附加的水套芯体。以这种方式，可以在没有复杂的冷却回路和通道的情况下冷却EGR插装阀，从而降低了部件和组装成本，同时降低了车辆总重量。此外，通过将EGR阀定位在气缸盖内并由IEM直接馈送，可以提高发动机性能。

应当理解，提供以上发明内容是为了以简化形式介绍将在具体实施方式中进一步描述的一系列概念。这并不意味着标识所要求保护的主题的关键或本质特征，所要求保护的主题的范围由具体实施方式之后的权利要求唯一地限定。此外，所要求保护的主题不限于解决上文或本公开的任何部分中提及的任何缺点的实现方式。

附图说明

图1A示出了示例车辆系统的示意图。

图1B示意性地示出了可以包括在图1A的车辆系统中的冷却系统。

图2示出了气缸盖的透视图，所述气缸盖具有一体式排气歧管和封装在其中的EGR阀芯(valve cartridge)。

图3示出了图2的气缸盖的侧视图。

图4示出了定位在气缸盖水套内的EGR阀芯的透视图，所述气缸盖水套可以被铸造到图2和图3的气缸盖中。

图5示出了图4的气缸盖水套的侧视图。

图6示出了图2和图3的气缸盖的局部剖视图，其强调了铸造到气缸盖中的通道。

图7示出了图2和图3的气缸盖的局部剖视图，其强调了EGR阀芯的内部部件。

图8是用于在具有EGR阀的发动机中提供排气再循环的示例方法的流程图，所述EGR阀封装在具有一体式排气歧管的气缸中。

图2至图7大致按比例示出。

具体实施方式

以下描述涉及用于在诸如图1A所示的发动机之类的车辆发动机中提供再循环排气的系统和方法。发动机可以通过位于车辆的发动机舱中的冷却系统(诸如图1B所示的示例发动机冷却系统)进行冷却。发动机可以包括气缸盖，所述气缸盖具有一体式排气歧管和封装在其中的EGR阀芯。图2和图3中示出了气缸盖的外部视图。EGR阀芯可以通过包含在气缸盖内的水套来冷却，从而不需要外部EGR阀冷却回路，如图4和图5中具体示出的。图6和图7示出了气缸盖的局部剖视图，其强调了一体式排气歧管、水套和EGR阀芯的内表面。具体地，图7示出了排气可以如何从发动机气缸流到EGR阀芯，从而减小了从发动机气缸到EGR阀芯的总体积，并且减小了流动路径长度。图8示出了用于经由EGR阀芯向发动机提供EGR，同时经由气缸盖水套冷却EGR阀芯的方法。

图1A和图1B示意地示出了内燃发动机10的示例气缸14，所述内燃发动机可以包括在车辆5中。发动机10可以至少部分地通过包括控制器12的控制系统和通过来自车辆操作员130经由输入装置132的输入来控制。在这个示例中，输入装置132包括加速踏板和用于产生成比例的踏板位置信号PP的踏板位置传感器134。发动机10的气缸(在本文中也被称为“燃烧室”)14可以包括燃烧室壁136，其中活塞138定位在所述燃烧室壁中。活塞138可联接到曲轴140，使得活塞的往复运动被转换成曲轴的旋转运动。曲轴140可经由变速器54联接到至少一个车轮55，如下文进一步描述的。此外，起动机马达(未示出)可经由飞轮联接到曲轴140以实现发动机10的起动操作。

在一些示例中，车辆5可以是具有可用于一个或多个车轮55的多个扭矩源的混合动力车辆。在其他示例中，车辆5是仅具有发动机的常规车辆。在所示的示例中，车辆5包括发动机10和电机52。电机52可以是马达或马达/发电机。当一个或多个离合器56接合时，发动机10的曲轴140和电机52经由变速器54连接到车轮55。在所描绘的示例中，第一离合器56设置在曲轴140与电机52之间，并且第二离合器56设置在电机52与变速器54之间。控制器12可以向每个离合器56的致动器发送接合或脱离离合器的信号，以便将曲轴140与电机52和连接到所述电机的部件连接或断开，和/或将电机52与变速器54和连接到所述变速器的部件连接或断开。变速器54可以是齿轮箱、行星齿轮系统或另一种类型的变速器。

动力传动系统可以各种方式进行配置，包括被配置为并联式、串联式或混联式混合动力车辆。在电动车辆实施例中，系统电池58可以是牵引电池，所述牵引电池将电力输送到电机52以向车轮55提供扭矩。在一些实施例中，电机52还可作为发电机操作以例如在制动操作期间提供电力以对系统电池58充电。应当理解，在包括非电动车辆实施例的其他实施例中，系统电池58可以是联接到交流发电机的典型的起动、照明、点火(SLI)电池。

发动机10的气缸14可以经由一系列进气通道142、144和146接收进气。除了气缸14之外，进气通道146还可以与发动机10的其他气缸连通。在一些示例中，进气通道中的一个或多个可以包括增压装置，诸如涡轮增压器或机械增压器。例如，图1A示出被配置有涡轮增压器的发动机10，所述涡轮增压器包括布置在进气通道142和144之间的压缩机174，以及沿着排气通道148布置的排气涡轮176。当增压装置被配置为涡轮增压器时，压缩机174可以至少部分地通过排气涡轮176经由轴180提供动力。在一些示例中，排气涡轮176可以是可变几何涡轮(VGT)，其中通过依据发动机转速和其他工况来致动涡轮叶片来主动地改变涡轮几何形状。在一个示例中，涡轮叶片可以联接到环形环，并且所述环可以旋转以调整涡轮叶片的位置。在另一个示例中，涡轮叶片中的一个或多个可以单独地枢转或多个地枢转。作为示例，调整涡轮叶片的位置可以调整排气涡轮176的横截面开度(或面积)。然而，在其他示例中，诸如当发动机10设置有机械增压器时，压缩机174可以通过来自马达或发动机的机械输入提供动力，并且可以任选地省略排气涡轮176。

节气门162(包括节流板164)可以设置在发动机进气通道中以改变被提供给发动机气缸的进气的流速和/或压力。例如，节气门162可以位于压缩机174的下游，如图1A中所示，或者替代地可以设置在压缩机174的上游。可提供节气门位置传感器以测量节流板164的位置。

除了气缸14之外，排气通道148还可以从发动机10的其他气缸接收排气。排气传感器128被示为在排放控制装置178的上游联接到排气通道148。例如，排气传感器128可以从用于提供排气空燃比(AFR)的指示的各种合适的传感器中选择，例如诸如线性氧传感器或UEGO(通用或宽域排气氧)、双态氧传感器或EGO(如所描绘的)、HEGO(加热型EGO)、NOx传感器、HC传感器或CO传感器。排放控制装置178可以是三元催化器、NOx捕集器、各种其他排放控制装置或者它们的组合。

外部排气再循环(EGR)可以经由高压EGR系统83提供给发动机，以经由EGR通道81将来自在涡轮176的上游的排气通道148中的较高压力区的排气输送到在压缩机174和节流阀162的下游的进气通道146中的较低压力区。可以通过控制器12经由EGR阀80来改变提供给进气通道146的EGR量。例如，控制器12可以被配置为致动和调整EGR阀80的位置以调整流过EGR通道81的排气量。EGR阀80可以在其中通过EGR通道81的排气流动受阻的完全关闭位置和其中通过EGR通道的排气流动被允许的完全打开位置之间进行调整。作为示例，EGR阀80可以在完全关闭位置与完全打开位置之间连续地变化。因此，控制器可以增大EGR阀80的开度以增加提供给进气通道146的EGR量，以及减小EGR阀80的开度以减少提供给进气通道146的EGR量。作为示例，EGR阀80可以是电子激活的电磁阀。在其他示例中，EGR阀80可以由内置的步进马达定位，所述步进马达可以由控制器12致动以通过一系列离散步长(例如52步)调整EGR阀80的位置，或者EGR阀80可以是另一种类型的流量控制阀。

在一些状况下，EGR系统可以用于调节燃烧室内的空气和燃料混合物的温度。此外，可能需要EGR以获得所需的发动机稀释，由此提高燃料效率和排放质量，诸如氮氧化合物的排放。作为示例，可以在低到中等发动机负载时请求EGR。因此，可能期望测量或估计EGR质量流量。EGR传感器可以布置在EGR通道81内，并且可以提供例如排气的质量流量、压力和温度中的一个或多个的指示。另外，在排放控制装置178达到其起燃温度后，可能需要EGR。所请求的EGR量可以基于发动机工况，所述发动机工况包括发动机负载(如经由踏板位置传感器134估计的)、发动机转速(如经由曲轴加速度传感器估计的)、发动机温度(如经由发动机冷却剂温度传感器116估计的)等。例如，控制器12可以参考查找表，所述查找表以发动机转速和负载作为输入并输出与输入的发动机转速-负载对应的所需的EGR量。在另一个示例中，控制器12可以通过确定直接考虑诸如发动机负载、发动机转速、发动机温度等的参数的逻辑规则来确定所需的EGR量(例如，所需的EGR流速)。在其他示例中，控制器12可以依赖于使发动机负载的变化与稀释需要的变化相关并进一步使稀释需要的变化与所请求的EGR量的变化相关的模型。例如，随着发动机负载从低负载增加到中等负载，所请求的EGR量可以增加，然后随着发动机负载从中等负载增加到高负载，所请求的EGR量可以降低。控制器12还可以通过考虑针对所需稀释速率的最佳燃料经济性映射来确定所请求的EGR量。在确定所请求的EGR量之后，控制器12可以参考查找表，所述查找表以所请求的EGR量作为输入并以对应于要施加到EGR阀的开度(例如，如发送到步进马达或其他阀致动装置)的信号作为输出。

EGR可以经由穿过EGR通道81内的EGR冷却器85被冷却。例如，EGR冷却器85可以将来自EGR气体的热量排出到发动机冷却剂。因为EGR阀80定位在EGR冷却器85的上游，所以EGR阀80可以被称为“热侧”EGR阀。示例EGR系统配置将在下面参考图2至图7进行描述。

发动机10的每个气缸可以包括一个或多个进气门和一个或多个排气门。例如，气缸14被示为包括位于气缸14的上部区域处的至少一个进气提升阀150和至少一个排气提升阀156。在一些示例中，发动机10的每个气缸(包括气缸14)可以包括位于气缸的上部区域处的至少两个进气提升阀和至少两个排气提升阀。进气门150可以由控制器12经由致动器152来控制。类似地，排气门156可以由控制器12经由致动器154来控制。进气门150和排气门156的位置可以由相应的气门位置传感器(未示出)确定。

在一些状况期间，控制器12可以改变提供给致动器152和154的信号，以控制相应的进气门和排气门的打开和关闭。气门致动器可以是电动气门致动型的、凸轮致动型的或它们的组合。可以同时控制进气门和排气门正时，或可以使用可变进气凸轮正时、可变排气凸轮正时、双独立可变凸轮正时或固定凸轮正时中的任一种。当使用凸轮致动时，每个凸轮致动系统可以包括一个或多个凸轮并且可以利用凸轮廓线变换(CPS)系统、可变凸轮正时(VCT)系统、可变气门正时(VVT)系统和/或可变气门升程(VVL)系统中的一个或多个，控制器12可以操作所述系统来改变气门操作。例如，气缸14可以替代地包括经由电动气门致动控制的进气门和经由包括CPS和/或VCT的凸轮致动控制的排气门。在其他示例中，进气门和排气门可以由共同的气门致动器(或致动系统)或可变气门正时致动器(或致动系统)来控制。

气缸14可以具有一定压缩比，所述压缩比是活塞138处于下止点(BDC)时的容积与处于上止点(TDC)时的容积之比。在一个示例中，压缩比在9:1至10:1的范围内。然而，在一些示例中，诸如在使用不同燃料的情况下，所述压缩比可增大。例如，当使用辛烷值较高的燃料或具有较高潜在蒸发焓的燃料时，可能发生这种情况。如果使用直接喷射，由于直接喷射对发动机爆震的影响，则压缩比也可以增加。

在一些示例中，发动机10的每个气缸可以包括用于发起燃烧的火花塞192。在选择的操作模式下，点火系统190可以响应于来自控制器12的火花提前信号SA而经由火花塞192向燃烧室14提供点火火花。信号SA的正时可以基于发动机工况和驾驶员扭矩需求来调整。例如，可以在或接近最大制动扭矩(MBT)正时提供火花以使发动机功率和效率最大化。控制器12可以将发动机工况(包括发动机转速和发动机负载)输入到查找表中，并例如输出针对所述输入的发动机工况的相应MBT正时。

在一些示例中，发动机10的每个气缸可以配置有一个或多个燃料喷射器以向其提供燃料。作为一个非限制性示例，气缸14被示为包括燃料喷射器166。燃料喷射器166可以被配置为输送从燃料系统8接收的燃料。燃料系统8可以包括一个或多个燃料箱、燃料泵和燃料轨。燃料喷射器166被示出为直接地联接到气缸14，以用于与经由电子驱动器168从控制器12接收的信号FPW的脉冲宽度成比例地在其中直接地喷射燃料。通过这种方式，燃料喷射器166提供所谓的燃料直接喷射(下文也被称为“DI”)到气缸14中。尽管图1A示出了位于气缸14一侧的燃料喷射器166，但是燃料喷射器166可以替代地位于活塞的顶部，诸如靠近火花塞192的位置。由于一些醇基燃料的挥发性较低，所以当使用醇基燃料操作发动机时，此类位置可能增加混合和燃烧。替代地，喷射器可以位于顶部并在进气门附近以增加混合。燃料可以经由高压燃料泵和燃料轨从燃料系统8的燃料箱输送给燃料喷射器166。此外，燃料箱可以具有向控制器12提供信号的压力传感器。

在替代示例中，燃料喷射器166可以被示出为以提供所谓的燃料进气道喷射(在下文中也被称为“PFI”)到在气缸14的上游的进气道中的配置布置在进气通道146中，而不是直接地联接到气缸14。在其他示例中，气缸14可包括多个喷射器，所述多个喷射器可被配置成直接燃料喷射器、进气道燃料喷射器或它们的组合。因此，应当理解，本文所描述的燃料系统不应受本文以举例方式描述的特定燃料喷射器配置的限制。

燃料喷射器166可以被配置为以不同的相对量从燃料系统8接收不同的燃料作为燃料混合物，并且还被配置为将该燃料混合物直接地喷射到气缸14中。此外，可在气缸的单个循环的不同冲程期间将燃料输送到气缸14。例如，可在前一排气冲程期间、在进气冲程期间和/或在压缩冲程期间至少部分地输送直接喷射的燃料。因此，对于单个燃烧事件，每个循环可执行一次或多次燃料喷射。多次喷射可在压缩冲程、进气冲程或其任何适当组合期间以所谓的分流燃料喷射的方式执行。

燃料系统8中的燃料箱可以保存不同燃料类型的燃料，诸如具有不同燃料质量和不同燃料成分的燃料。差异可包括不同的醇含量、不同的水含量、不同的辛烷值、不同的蒸发热、不同的燃料共混物和/或它们的组合等。具有不同的蒸发热的燃料的一个示例包括作为具有较低的蒸发热的第一燃料类型的汽油和作为具有较高的蒸发热的第二燃料类型的乙醇。在另一个示例中，发动机可使用汽油作为第一燃料类型并使用含醇燃料共混物(诸如E85(约85％的乙醇和15％的汽油)或M85(约85％的甲醇和15％的汽油))作为第二燃料类型。其他可行物质包括水、甲醇、乙醇和水的混合物、水和甲醇的混合物、醇的混合物等。在又一个示例中，两种燃料可以是具有不同的醇成分的醇共混物，其中第一燃料类型可以是具有较低醇浓度的汽油醇共混物，诸如E10(约10％的乙醇)，而第二燃料类型可以是具有较高醇浓度的汽油醇共混物，诸如E85(约85％的乙醇)。另外，第一燃料和第二燃料在其他燃料质量方面也可以不同，诸如在温度、粘度、辛烷值等方面有所不同。在又一个示例中，燃料系统8中的燃料箱可以保存柴油燃料。此外，一个或两个燃料箱的燃料特性可能例如因燃料箱燃料补给的每日变化而频繁地变化。

控制器12在图1A中被示出为微计算机，所述微计算机包括微处理器单元106、输入/输出端口108、用于可执行程序(例如，可执行指令)和校准值的电子存储介质(在该特定示例中示为非暂时性只读存储器芯片110)、随机存取存储器112、保活存储器114和数据总线。控制器12可以从联接到发动机10的传感器接收各种信号，包括先前论述的信号，并且另外包括来自质量空气流量传感器122的进气质量空气流量(MAF)的测量结果；来自联接到冷却套筒118的温度传感器116的发动机冷却剂温度(ECT)；来自在涡轮176的上游联接到排气通道148的温度传感器158的排气温度；来自联接到曲轴140的霍尔效应传感器120(或其他类型的传感器)的表面点火感测信号(PIP)；来自节气门位置传感器的节气门位置(TP)；来自排气传感器128的信号EGO，控制器12可以使用所述信号EGO来确定排气的AFR；以及来自MAP传感器124的绝对岐管压力信号(MAP)。发动机转速信号RPM可以通过控制器12根据信号PIP生成。来自MAP传感器124的歧管压力信号MAP可用于提供对进气歧管中的真空或压力的指示。控制器12可基于发动机冷却剂温度来推断发动机温度。

控制器12从图1A的各种传感器接收信号，并采用图1A的各种致动器以基于所接收的信号和存储在控制器的存储器上的指令来调整发动机操作。用于提供EGR的示例方法将参考图8进行描述。

如上所述，图1A示出了多缸发动机的仅一个气缸。因此，每个气缸可以类似地包括其自己的一组进气门/排气门、一个或多个燃料喷射器、火花塞等。应当理解，发动机10可以包括任何合适数量的气缸，包括2个、3个、4个、5个、6个、8个、10个、12个或更多个气缸。此外，这些气缸中的每一个可以包括由图1A参考气缸14描述和描绘的各种部件中的一些或所有部件。

继续进行到图1B，示出了可以包括在车辆5中的示例冷却系统100的示意图。因此，图1A至图1B的相同部件的编号相同并且可能不会重新介绍。冷却系统100可以包括在车辆5的发动机舱中，例如，所述发动机舱还可以容纳发动机10。冷却系统100使冷却剂循环通过发动机10以吸收废热并且分别经由冷却剂管线42和44将已加热的冷却剂分配到散热器40和/或加热器芯体65。在一个示例中，如所描绘的，冷却系统100可以使发动机冷却剂经由水泵46从发动机10循环到散热器40，并且经由冷却剂管线42返回到发动机10。具体地，水泵46可以使冷却剂循环通过发动机缸体(例如，图1A所示的冷却套筒118)、气缸盖(如将在下面参考图2至图7进一步描述的)等，以吸收经由燃烧产生的热量，所述热量然后经由散热器40传递到周围的空气。如将在本文中详细阐述的，发动机10的气缸盖可以包括一体式排气歧管和封装在其中的EGR阀芯。因此，由水泵46通过气缸盖中的通道循环的冷却剂还可以冷却一体式排气歧管和EGR阀芯。如上所述，冷却剂可以流过冷却剂管线42，和/或通过冷却剂管线44流到加热器芯体65，在所述加热器芯体处，热量可以在冷却剂流回到发动机10之前传递到乘客舱。在一些示例中，水泵46可以操作来使冷却剂循环通过冷却剂管线42和44中的每一个。

水泵46可以由电动马达36驱动，所述电动马达可以使用从系统电池58(图1A所示)汲取的电力来驱动。作为示例，控制器12(如图1A所示)可以基于包括发动机转速和负载的发动机工况以及从一个或多个传感器(例如，图1A和图1B所示的温度传感器116)接收的反馈来调整水泵46的速度，并因此调整循环冷却剂的流速。然而，在其他示例中，水泵46可以经由前端附件驱动装置(FEAD)联接到发动机，并经由带、链条等与发动机转速成比例地旋转。在一个示例中，在水泵46是离心泵的情况下，由所述泵产生的压力(和所得的流量)可以与曲轴转速成比例，所述曲轴转速可以与发动机转速成正比。冷却剂的温度可以通过位于冷却管线42中的恒温阀38调节，所述恒温阀可以保持关闭直到冷却剂达到阈值温度为止。

一个或多个鼓风机(未示出)和冷却风扇可以包括在冷却系统100中以提供气流辅助并增强通过发动机舱的冷却气流。例如，联接到散热器40的冷却风扇91和95可以在车辆移动并且发动机运行时操作，以提供通过散热器40的冷却气流辅助。冷却风扇可以联接在散热器40后方(在从车辆5的格栅朝发动机10观察的情况下)。冷却风扇91和95可以通过车辆5的前端中的开口，例如通过格栅(未示出)将冷却气流抽取到发动机舱中。这种冷却气流可随后由散热器40和其他发动机罩下部件(例如，燃料系统部件、电池等)利用，以保持发动机和/或变速器冷却。此外，气流可以用于排出来自车辆空调系统的热量。尽管这个示例描绘了两个冷却风扇，但其他示例可以使用仅单个冷却风扇。

冷却风扇91和95可以分别联接到电池驱动的马达93和97。马达93和97可以使用从系统电池58(图1A所示)汲取的电力来驱动。在一些示例中，马达93和97可以是变速电动马达。在其他示例中，冷却风扇91和95可以经由离合器(未示出)机械地联接到发动机10，并且操作冷却风扇可以包括经由离合器机械地从发动机旋转为冷却风扇的旋转提供动力。

控制器12(图1A所示)可以基于车辆冷却需求、车辆工况以及与发动机操作的协调性来调整冷却风扇91和95的操作。在一个示例中，在第一车辆移动状况期间，当发动机操作并且期望车辆冷却和来自风扇的气流辅助时，可以通过启用电池驱动的马达93和97来为冷却风扇91和95提供动力以在冷却发动机罩下部件方面提供气流辅助。第一车辆移动状况可以包括例如发动机冷却剂温度高于阈值温度。例如，阈值温度可以指代非零正温度值，高于所述正温度值，气流辅助被提供用于发动机冷却，以便避免发动机过热。在另一个示例中，在第二车辆移动状况期间，在不期望有气流辅助时(例如，由于有足够的由车辆运动产生的气流通过发动机舱)，则可以通过禁用风扇马达来停止风扇操作。以这种方式，可以基于冷却需求来调整冷却系统100的操作。

接下来，图2至图7示出了可以包括在发动机中的封装在一体式排气歧管(IEM)气缸盖200中的EGR插装阀210的示例视图。例如，发动机可以是图1A和图1B的发动机10，并且可以具有上面关于图1A和图1B描述的各个部件中的一些或全部部件。图2至图7将被共同地描述，其中贯穿图2至图7用相同的标号表示相同的部件。参考轴299包括在图2至图7中的每一个中，以便比较下面描述的视图和相对定向。

图2至图7示出了具有各个部件的相对定位的示例配置。如果被示为直接彼此接触或直接联接，则至少在一个示例中，此类元件可以分别被称为直接接触或直接联接。类似地，至少在一个示例中，被示出为彼此邻接或相邻的元件可以分别是彼此邻接或相邻的。作为示例，放置成彼此共面接触的部件可以被称为共面接触。作为另一个示例，在至少一个示例中，彼此间隔开地定位使得在其间仅具有一定空间而没有其他部件的元件可以被称作如此。作为又一个示例，被示出为在彼此上方/下方、在彼此相对侧或在彼此左侧/右侧的元件相对于彼此可以被称作如此。另外，如图所示，在至少一个示例中，最顶元件或元件的最顶点可以被称为部件的“顶部”，并且最底元件或元件的最底点可以被称为部件的“底部”。如本文所使用，顶部/底部、上部/下部、上方/下方可以是相对于图的竖直轴而言，并且用于描述图的元件相对于彼此的定位。因此，在一个示例中，被示出为在其他元件上方的元件竖直地定位在其他元件上方。作为另一个示例，图中所描绘的元件的形状可以被称为具有那些形状(例如像圆形的、直的、平面的、弯曲的、倒圆的、倒角的、成角度的等)。另外，在至少一个示例中，被示出为彼此相交的元件可以被称为相交元件或彼此相交。此外，在一个示例中，被示为在另一个元件内或被示为在另一个元件外部的元件可以被称作如此。

首先转向图2和图3，图2示出了气缸盖200的透视图，而图3示出了气缸盖200在y-z平面(其中x轴进入页面)中的侧视图，如参考轴299所示。气缸盖200例如可以由金属构成。气缸盖的顶部在正y方向上(例如，在参考轴299的y轴箭头的方向上)，并且相对于页面和相对于重力竖直地定位在气缸盖其他部件的上方，而气缸盖的底部在负y方向上。气缸盖的顶部可以由凸轮盖(未示出)盖住，并且各个气门机构部件(例如，图1A的进气门150、排气门156、致动器152和致动器154)联接在气缸盖和凸轮盖之间和/或在气缸盖和凸轮盖内。包括EGR阀216的EGR插装阀210被示出为经由EGR插装阀凸缘212安装到气缸盖200的顶部(例如，在凸轮盖侧上)。如下面将进一步描述的，特别是参考图6和7，可以将EGR插装阀210插入气缸盖200内的EGR插装阀孔220(在图2和图3中不可见)中。图2还示出了第一虚线290，气缸盖200可以通过所述第一虚线290被剖切以得到图6所示的视图，以及第二虚线292，气缸盖200可以通过所述第二虚线292被剖切以得到图7所示的视图。

如上所述，气缸盖200包括IEM，其中排气歧管被集成到气缸盖200中，而不是作为单独的部件联接到气缸盖。例如，可以将IEM铸造到和/或钻入气缸盖200中，使得气缸盖金属限定IEM通道。如图所示，气缸盖200可以包括孔230，所述孔230用于容纳排气压力传感器，所述排气压力传感器被配置为测量来自IEM排气道芯体240(在图5至图7中示出并在下面进一步描述)的排气进料的压力。排气可以在负x方向上(例如，在与参考轴299的x轴箭头的相反方向上)离开气缸盖。例如，排气可以经由IEM排气道出口203从IEM排气道芯体240离开气缸盖200，所述IEM排气通道出口可以经由涡轮凸缘202联接到涡轮增压器涡轮(例如，图1A的涡轮176)和其他下游排气系统部件(例如，排放控制装置，诸如图1A的排放控制装置178)。作为另一个示例，当请求EGR并且EGR阀216至少部分地打开时，一部分排气可以经由EGR通道207离开气缸盖200，这将在下面参考图7进行详细阐述。在一些示例中，第二压力传感器可以在EGR通道207中联接在EGR插装阀210的下游，以测量EGR阀216上的增量压力(例如，压差)。在其他示例中，单个增量压力传感器可以跨EGR阀216联接。

EGR通道207可以经由EGR法兰206流体地联接至EGR冷却器(例如，图1A的EGR冷却器85)和其他下游部件(例如，图1A和1B的进气通道146)。因此，EGR冷却器可以定位在气缸盖(和发动机)的外部。如图2和图3所示，EGR通道207可以基本上平行于IEM排气道出口203并且竖直地定位在IEM排气道出口203上方(例如，相对于页面和相对于重力在正y方向上)。因此，当请求EGR并且EGR阀216至少部分地打开时，排气可以经由两个基本上平行的流离开气缸盖200。

气缸盖200和封装在其中的部件(包括IEM排气道芯体240和EGR插装阀210)通过水套250冷却，水套250具有上部套252和下部套254。例如，液体冷却剂(例如，水)可以循环通过水套250(例如，经由图1B的水泵46)，并且来自气缸盖的热量(包括来自IEM排气道芯体240(在图2和图3中不可见)和EGR插装阀210的热量)可以传递到液体冷却剂。水套250可以包括用于使冷却剂流入和流出气缸盖200的多个通道。例如，如图2和图3的视图所示，上部套252包括通道251、255和259，并且下部套254包括通道253、257和261。

图4和图5示出了水套250作为芯体而没有围绕芯体的气缸盖200的金属。例如，图4示出了围绕EGR插装阀210的水套250的透视图，其类似于图2的透视图，并且图5示出了围绕EGR插装阀210和IEM排气道芯体240的水套250的侧视图，其类似于图3的侧视图。如下面将进一步描述的，特别是参考图6和图7，水套250包括封闭在气缸盖200内的一系列孔和通道。例如，水套250的孔和通道可以被铸造和/或钻穿通过气缸盖200。多个钻孔通道(诸如钻孔通道260和262)可以用作传递点，以流体地联接上部套252和下部套254。图5示出了定位在IEM排气道芯体240的IEM排气道出口203附近的钻孔通道260和262。例如，钻孔通道260和262可以位于IEM排气道出口203的任一侧，并沿着x轴和y轴对准，使得上部套252在钻孔通道260和钻孔通道262之间的IEM排气道出口203周围形成向上的拱部，并且下部套254在钻头通道260和钻孔通道262之间的IEM排气道出口203周围形成向下的拱部。

此外，图4和图5示出了具有附加通道263的上部套252和具有附加通道265的下部套254。如图所示，通道263可以定位在上部套252的与通道251相对的端部，并且通道265可以定位在下部套254的与通道253相对的端部。冷却剂可以平行地流过上部套252和下部套254。在一个示例中，冷却剂可以经由通道251和253进入水套250，并且经由通道263和265离开水套250。在另一个示例中，冷却剂可以经由通道263和265进入水套250，并且经由通道251和253离开水套。

如图4和图5所示，水套250被封装在EGR插装阀210周围。EGR插装阀套的芯体256联接到上部套252的顶部258，并且围绕EGR插装阀210的EGR阀壳体(例如，外壳)214的周边形成弧(如图5中的虚线所示)。作为一个示例，EGR插装阀套的芯体256可以围绕EGR阀壳体214形成半圆形。在其他示例中，EGR插装阀套的芯体256的弧度可以大于半圆或小于半圆。EGR阀壳体214包括开口215，待再循环的排气可以通过所述开口215从EGR阀壳体214流出到EGR通道207(图4和5中未示出)。开口215与EGR插装阀套的芯体256定位在EGR插装阀210的相对侧。例如，由于开口215的位置，EGR插装阀套的芯体256可以不围绕EGR插装阀210的整个圆周延伸，所述开口215与EGR插装阀套的芯体256的弧形部分竖直重叠。EGR阀壳体214可以由一种或多种金属构成，诸如铸铝或铸铁。

在图4和图5所示的示例中，EGR插装阀套的芯体256包括两个成角度的锥形通道，其可以使冷却剂在上部套252的顶部258和EGR插装阀套的芯体256之间流动。每个锥形通道的横截面面积在通道联接到顶部258的地方可以是最小的，并且可以逐渐增加直到到达弧形部分。此外，每个锥形通道可以成一定角度，以使其在通道联接到顶部258的地方距EGR插装阀210最远(例如，在z方向上具有距EGR插装阀210的最大水平距离)，并且所述距离可以沿每个通道向上(在正y方向上)逐渐减小直到到达弧形部分。例如，冷却剂可以从顶部258沿一个锥形通道向上(例如，在正y方向上)围绕EGR插装阀套的芯体256的弧形部分流动，并沿另一个锥形通道向下(例如，在负y方向上)流回到顶部258。此外，顶部258可以基本上围绕EGR插装阀210的底部和气缸盖200内的EGR插装阀孔220(在图4和图5中不可见)。

水套250可以经由由于水套250内的循环冷却剂引起的对流来冷却气缸盖200和联接在其中的部件(例如，EGR插装阀210)。经由对流传递的热量是当前流动速度、在冷却剂和气缸盖200之间的接触表面积、在气缸盖200和循环冷却剂之间的温度差以及冷却剂的流体特性的函数。与传导相比，对流是相对较快的过程(例如，如果冷却剂没有移动)。因此，冷却剂的更快的速度导致气缸盖200的更高效的冷却(例如，更大的热传递和更快的速率)。在气缸盖200和冷却剂之间更大的表面积也导致气缸盖200的更高效的冷却。作为示例，冷却剂可以以每秒1米(m/s)的最小流速围绕EGR插装阀210流动，以充分冷却EGR插装阀210，从而防止EGR插装阀部件的劣化并防止循环冷却剂的沸腾。特别地，水套250可以被成形为控制流过整个水套250的冷却剂的速度以及在冷却剂和气缸盖200之间的接触表面积，特别是与EGR插装阀210邻近的表面积。

图6示出了气缸盖200在y-z平面中的局部剖视图。图6的y-z平面沿图2所示的虚线290将EGR插装阀孔220二等分，并且示出了水套250、IEM排气道芯体240和EGR插装阀孔220的内表面。水套250、IEM排气道芯体240和EGR插装阀孔220由通过气缸盖200的通道限定，所述通道被气缸盖的金属分隔开(其横截面积为斜线阴影)。为了简单起见，仅示出了上部套252(包括顶部258和EGR插装阀套的芯体256)、IEM排气道芯体240和EGR插装阀孔220的内部轮廓。

特别地，图6示出了EGR插装阀孔220相对于上部套252(包括顶部258和EGR插装阀套的芯体256)和IEM排气道芯体240的相对定位。EGR插装阀孔220可以是在气缸盖200中铸造或钻出的圆柱形孔，其从气缸盖的顶面延伸到IEM排气道芯体240。因此，EGR插装阀孔220没有被气缸盖盖住。例如，如图6所示，在EGR插装阀孔220接合到IEM排气道芯体240处的连接区域221可以位于中央收集器区域244内，在所述中央收集器区域处，多个排气通道241、242和243汇聚在IEM排气道芯体中。作为一个示例，中央收集器区域244可以在最左侧的排气通道241和最右侧的排气通道243之间延伸。作为另一个示例，中央收集器区域244可以在排气通道242处居中。排气通道241、242和243中的每一个可以使来自单个不同发动机气缸的排气流动，从而使得EGR插装阀孔220可接入以接收来自每个不同发动机气缸中的每一个的排气。在一个示例中，连接区域221可以定位在排气通道242处，并且EGR插装阀孔220可以直接联接到排气通道242，诸如在连接区域221处与排气通道242形成接合部，同时流体地联接到排气通道241、242和243中的每一个。

图6的剖视图示出了竖直地位于连接区域221上方的EGR插装阀孔220中部到底部的部分的任一侧上的上部套252的顶部258，而EGR插装阀套的芯体256定位在EGR插装阀孔220的靠近气缸盖200顶部的任一侧上。可以理解的是，顶部258形成第一EGR插装阀冷却通道，所述第一EGR插装阀冷却通道在图6所示的竖直定位上(例如，y轴)完全围绕EGR插装阀孔220的整个圆周。相比之下，EGR插装阀套的芯体256可以形成第二EGR冷却通道，所述第二EGR冷却通道在图6所示的竖直定位上围绕EGR插装阀孔220的圆周的一部分，诸如圆周的约一半。上部套252的顶部258和EGR插装阀套的芯体256两者都增加了与EGR插装阀210邻近的循环冷却剂的表面积。图6另外示出了联接到上部套252的顶部258的排气口270。通过在最高水套高度处包括排气口270，可以将循环冷却剂内形成的任何气泡释放到大气中。

此外，EGR插装阀孔220可以具有可变直径或恒定直径。在图6所示的示例中，EGR插装阀孔220具有可变直径，所述可变直径以阶梯式方式改变。例如，EGR插装阀孔220的第一最上部分(例如，在正y方向上)具有第一最大直径；EGR插装阀孔220的位于第一部分的正下方的第二中间部分(例如，相对于第一部分竖直地定位在负y方向上)具有小于第一直径的第二直径；并且EGR插装阀孔220的位于第二部分的正下方的第三底部(例如，相对于第二部分竖直地定位在负y方向上)具有小于第二直径的第三直径。EGR插装阀孔220的每个部分可以(例如，在y方向上)具有相同或不同的长度。如图所示，第一部分可以具有最长的长度，并且第二部分可以具有最短的长度。EGR插装阀孔220的不同部分的相对直径和长度可以促进EGR插装阀210(图6中未示出)在EGR插装阀孔220内的定位。

参考图7，示出了气缸盖200在x-y平面中的局部剖视图。图7的x-y平面沿图2所示的虚线292将EGR插装阀孔220二等分，并且示出了EGR插装阀210的内部部件以及EGR插装阀210相对于IEM排气道芯体240和上部套252的相对定位。图7的x-y平面垂直于图6的y-z平面并与其相交。

如图7所示，EGR插装阀210包括包含在EGR阀壳体214内的阀组件。EGR阀壳体214是大体上圆柱形的铸造并机加工的壳体，其容纳阀导向件228、EGR阀密封件222和EGR阀216。阀导向件228定位在EGR阀216和EGR阀壳体214之间，诸如直接接触EGR阀216和EGR阀壳体214两者，并且可以在EGR阀216和EGR阀壳体214之间形成气密密封，同时使EGR阀216能够沿从y轴离轴(例如，倾斜)的大体上竖直的方向移动。例如，EGR阀216可以通过致动器226在阀导向件228内往复运动，并且阀导向件228可以将EGR阀216联接在EGR阀壳体214内。阀导向件228可以促进EGR阀216与阀座218的对准，如将在下面进一步描述的。EGR阀密封件222可以联接到阀导向件228，并且可以在阀导向件228和EGR阀216之间形成密封。此外，将压入放置式垫圈225(或其他密封方法)定位在EGR插装阀凸缘212和气缸盖200之间，以将EGR插装阀210密封到气缸盖200，如虚线框所示。垫圈225可以由例如多层钢构成，并且可以是面密封垫圈。也可以存在附加的垫圈，诸如在EGR插装阀孔220内的压缩径向密封件，用于将EGR插装阀210密封到气缸盖200。这样的垫圈可以防止排气在EGR插装阀210周围流动，诸如在EGR阀壳体214和气缸盖200的金属之间流动并且逸出到大气中。

EGR阀216在图7中被示为提升阀，其中EGR阀壳体214定位在EGR插装阀孔220的第一部分内。由于相对于EGR阀壳体214的直径，EGR插装阀孔220的第二部分的直径更窄，以及相对于EGR插装阀孔220的直径，EGR插装阀凸缘212的宽度更大，因此，EGR阀壳体214搁置在第一部分内并且不延伸到EGR插装阀孔的第二部分中。EGR阀壳体214的底部包括开口，所述开口形成用于EGR提升阀216的阀座218。因此，EGR阀壳体214包括用于使排气流过EGR插装阀210的两个开口，开口215和阀座218，它们基本上彼此垂直(例如，开口215从阀座218旋转约90度)。此外，开口215竖直地定位在阀座218的上方，使得开口215和阀座218不重叠。另外，开口215至少部分地与阀导向件228的竖直位置重叠，并与EGR通道207完全对准。也就是说，开口215具有与EGR通道207相同的内径，并且具有与EGR通道207相同的竖直定位，使得开口215围绕开口215的整个周边与EGR通道207齐平。此外，阀座218可以具有选定的角度和深度以提供通过EGR插装阀210的所需的流动特性。

EGR阀216在图7中被示为处于打开位置，其中EGR阀216从阀座218上提起，以使热排气的第一部分能够从IEM排气道芯体240流过EGR插装阀孔220，并经由EGR阀壳体214的底部开口流入EGR插装阀210中。作为一个示例，当相应的排气门(未示出)打开时，热排气可以从气缸280排出，并且排气从IEM排气道直接馈送到EGR插装阀孔220(以及到EGR阀216中)。热排气经由开口215离开EGR插装阀210的侧面，并且可以经由EGR通道207被引导到进气系统(例如，作为EGR)，所述EGR通道可以是直接机加工到气缸盖200中的圆柱形端口。因此，EGR阀壳体214在壳体的底部开口(例如，在阀座218处)和开口215之间形成通道，以将IEM排气道芯体240流体地联接到EGR通道207(例如，当EGR阀216打开时)，并且通过箭头208示出了热排气的第一部分的流动路径。当排气的第一部分诸如经由对流流过EGR插装阀210时，排气的第一部分可以将热量传递到EGR阀216、EGR阀壳体214(包括阀座218)、阀导向件228和EGR阀密封件222(除了EGR插装阀210的其他组件之外)。特别地，来自热排气的第一部分的最大部分的热量可以被传递到位于排气进入EGR插装阀210的位置处(诸如在阀座218处)的部件以及在排气改变方向的位置处(诸如在阀导向件228处)的部件。如箭头204所示，热排气的第二剩余部分可以经由IEM排气道出口203引导到排气系统(例如，到涡轮增压器涡轮)。第一部分和第二部分可以形成从气缸盖200出来的基本上平行的排气流。

致动器226可以在图7所示的打开位置(以及其他可能的打开位置)和完全关闭位置之间致动EGR阀216。作为一个示例，致动器226可以是步进马达。作为另一个示例，致动器226可以是螺线管。致动器226可以响应于从控制器(例如，图1A的控制器12)接收的控制信号来调整EGR阀216的位置，以便改变流过EGR通道207并到达进气系统的排气的量和/或流速。因为EGR插装阀210与气缸盖200集成在一起，所以致动器226可以是EGR阀的在发动机外部的唯一部分。

当EGR阀216关闭(例如，完全关闭)时，提升阀压靠在阀座218上并与阀座218直接接触，从而防止排气的第一部分流过EGR阀壳体214到达EGR通道207。相反，所有排气(第一部分和第二部分两者)都可以流到排气系统中(例如，箭头204所示的流动路径)。但是，即使由于关闭的EGR阀216排气未流过EGR插装阀210，来自燃烧的热量也可能由于EGR插装阀210在气缸盖200内的位置而传递到EGR插装阀210。

为了在所有发动机工况下有效地冷却EGR插装阀210，将可压扁的金属衬里224直接定位在与EGR阀壳体214的外圆周直接接触和与EGR插装阀孔220的内圆周直接接触之间，如虚线框所示，从而在EGR阀壳体214和气缸盖200之间提供热传导路径。金属衬里224可以由黄铜或具有高导热率(诸如至少100W/(m K))的另一种金属构成，并通过完全的直接金属对金属(例如，表面)接触在EGR阀壳体214(以及设置在其中的部件，诸如阀导向件228)到气缸盖200之间提供高效的热传递。例如，金属衬里224可以与气缸盖200直接接触，而在金属衬里224和气缸盖200之间没有任何空隙或间隙(例如，气穴)，并且金属衬里224还可以与EGR阀壳体214直接接触，而在金属衬里224和EGR阀壳体214之间没有任何空隙或间隙。此外，金属衬里224可以包括径向导热环。例如，金属衬里224可以将热量从EGR阀壳体214高效地传递到围绕EGR阀壳体214并与金属衬里224直接接触的气缸盖200的金属。传递到气缸盖200的热量还可以传递到上部套252中的循环冷却剂，特别是传递到顶部258和EGR插装阀套的芯体256内的冷却剂。例如，上部套252的顶部258与阀座218的竖直定位重叠以完全围绕阀座218，并且EGR插装阀套的芯体256与阀导向件228的竖直定位重叠以部分地围绕阀导向件228。因此，顶部258和EGR插装阀套的芯体256被定位成与EGR插装阀210中的热点(例如，分别为阀座218和阀导向件228)竖直地重叠，以便增加在这些热点处的冷却速率。

此外，即使没有提供EGR，冷却剂也继续循环通过顶部258和EGR插装阀套的芯体256，以保持EGR插装阀冷却，并且热量经由金属衬里224从EGR插装阀210高效地传递到循环冷却剂。例如，可以经由从形成顶部258和EGR插装阀套的芯体256的水套通道的内表面上的冷却剂速度的对流从与EGR插装阀210邻近的气缸盖金属中移除热量。以这种方式，可以减少或防止EGR插装阀部件的高热劣化，诸如阀导向件228和EGR阀密封件222的劣化。

接下来，图8示出了用于在具有封装在IEM气缸盖中的EGR插装阀(诸如上面关于图2至图7描述的EGR插装阀210)的发动机中提供EGR的示例方法800。EGR插装阀可以容纳EGR阀，并且在EGR阀打开时提供从IEM流到气缸盖内部的EGR通道的排气通道，所述EGR通道联接到气缸盖外部的诸如EGR冷却器的EGR系统部件并联接到发动机的进气口。用于实行方法800和本文所包括的其余方法的指令可由控制器(例如，图1A所示的控制器12)基于存储在控制器的存储器上的指令并结合从发动机系统的传感器(诸如以上参考图1A描述的传感器)接收的信号来执行。控制器可以根据下面所描述的方法采用发动机系统的发动机致动器(例如，图7的EGR阀致动器226)来调整发动机操作。

在802处，方法800包括估计和/或测量工况。工况可以包括例如发动机转速、发动机负载、发动机温度(例如，基于从图1A的温度传感器116接收的信号ECT)、驾驶员扭矩需求、歧管空气流量、歧管空气压力、排气压力和/或温度等。工况可以经由传感器来测量，或可以基于可用数据来推断。

在804处，方法800包括使冷却剂经由气缸盖水套在EGR插装阀周围流动。因为EGR插装阀被内部地封装在气缸盖中，所以气缸盖水套的冷却剂通道被定位成与EGR插装阀邻近，如上面特别参考图4到图7所述的。因此，使冷却剂流过气缸盖水套导致使冷却剂在EGR插装阀周围流动。热量可以从EGR插装阀及其中设置的部件传递到循环冷却剂。作为一个示例，冷却剂可以经由包括在发动机冷却系统中的水泵(诸如图1B所示的冷却系统100的水泵46)以至少1m/s的流速循环。水泵可以是电动水泵，并且控制器可以操作电动马达，所述电动马达驱动所述水泵以使冷却剂循环通过发动机，包括通过气缸盖水套和EGR阀芯的周围，并到达散热器和/或加热器芯体，如参考图1B详细阐述的。替代地，水泵可以由前端附件驱动装置来驱动，其中水泵的速度与发动机转速成比例，也如参考图1B详细阐述的。

在806处，方法800包括确定是否请求了EGR。作为示例，可能需要EGR以获得所需的发动机稀释，由此提高燃料效率和排放质量。例如，可以在低到中等发动机负载时请求EGR。另外，在排放催化器(例如，图1A的排放控制装置178)达到其起燃温度后，可能需要EGR。

如果不请求EGR，则方法800进行到808，并且包括保持当前发动机工况而不供应EGR。因此，EGR阀将由EGR阀致动器致动为完全关闭或保持完全关闭，从而阻止排气从IEM流到EGR通道。然而，冷却剂将继续在气缸盖水套周围(包括在EGR插装阀周围)循环，以防止EGR插装阀的热相关劣化。然后方法800可以结束。

返回到806，相反地，如果请求了EGR，则方法800进行到810，并且包括确定所请求的EGR量(例如，流速)。例如，控制器可以参考以发动机转速和负载作为输入的查找表，所述查找表可以输出与输入的发动机转速-负载对应的EGR量(或稀释量)。在另一个示例中，控制器可以通过确定直接考虑诸如发动机负载、发动机转速、发动机温度等的参数的逻辑规则来确定EGR量。在其他示例中，控制器可以依赖于使发动机负载的变化与所需稀释的变化相关并进一步使所需稀释的变化与所请求的EGR量的变化相关的模型。例如，当发动机负载从低负载增加到中等负载时，所请求的EGR量可以增加，然后随着发动机负载从中等负载增加到高负载，所请求的EGR量可以降低。控制器还可以通过考虑针对所需稀释的最佳燃料经济性映射来确定所请求的EGR量。

在812处，方法800包括打开EGR阀以供应所请求的EGR量。例如，控制器可以通过将所请求的EGR量输入到查找表或映射图中来确定EGR阀的打开位置，所述查找表或映射图可以输出EGR阀的相应打开位置(或要施加到EGR阀的开度)。作为示例，随着EGR的请求量增加，EGR阀的开度可以增加。控制器可以将控制信号传输到EGR阀致动器，以将EGR阀调整到所确定的打开位置。此外，EGR阀位置可以随着工况改变并且因此所需的发动机稀释度改变而调整。另外，冷却剂将继续在气缸盖水套周围(包括在EGR插装阀周围)循环，以防止EGR插装阀的热相关劣化。在812之后，方法800结束。

以这种方式，可以在气缸的排气门和EGR阀之间为EGR提供较小的流动路径长度和体积，从而减小了达到扭矩的时间并增加了最大低端扭矩。例如，通过将EGR阀封装在具有一体式排气歧管的气缸盖中，EGR阀可以具有来自包含在气缸盖内的排气道的直接排气进料，从而当EGR阀打开时能够实现快速的EGR响应。此外，通过将EGR阀封装在IEM气缸盖中，可以降低EGR系统的复杂性，从而减少部件的数量和组装成本。例如，气缸盖的水套可以被设计成不仅冷却气缸盖，而且冷却封装在其中的EGR阀，从而消除了气缸盖外部的EGR阀冷却系统。作为另一个示例，由于减少了气缸盖外部的EGR系统部件，因此可以降低噪声、振动和粗糙性。

将EGR系统的EGR阀封装在具有一体式排气歧管的气缸盖内的技术效果是，提高了发动机性能，同时降低了EGR系统的成本和复杂性。

在一个示例中，一种系统包括：包括一体式排气歧管(IEM)的气缸盖；定位在IEM的中央收集器区域处的气缸盖中的圆柱形孔中的排气再循环(EGR)插装阀，所述EGR插装阀包括定位在其中的EGR阀；以及封闭在气缸盖内的水套，所述水套包括围绕EGR插装阀的圆周的第一冷却通道。在前述示例中，另外或任选地，EGR插装阀包括圆柱形壳体，所述圆柱形壳体具有在壳体的底部处的第一开口和在壳体的侧面中的第二开口，并且其中所述壳体在第一开口和第二开口之间形成通道。在前述示例中的一者或两者中，所述系统另外或任选地还包括在气缸盖内的EGR通道，所述EGR通道竖直地定位在IEM的排气道出口上方并与其平行，并且其中EGR插装阀的壳体的第二开口与EGR通道齐平。在任何前述示例或所有前述示例中，另外或任选地，EGR阀包括提升阀，第一开口形成用于提升阀的阀座，并且第一冷却通道在与阀座重叠的竖直位置围绕EGR插装阀的圆周。在任何前述示例或所有前述示例中，所述系统另外或任选地还包括导热体，所述导热体定位在EGR插装阀的壳体和圆柱形孔之间，并与壳体和圆柱形孔中的每一个直接接触。在任何前述示例或所有前述示例中，另外或任选地，导热体是可压扁的金属衬里。在任何前述示例或所有前述示例中，另外或任选地，水套还包括竖直地定位在第一冷却通道上方的第二冷却通道。在任何前述示例或所有前述示例中，另外或任选地，第二冷却通道在与第二开口重叠的竖直位置围绕EGR插装阀的圆周的一部分。在任何前述示例或所有前述示例中，另外或任选地，第二冷却通道包括将第二冷却通道流体地联接到第一冷却通道的锥形通道。在任何前述示例或所有前述示例中，另外或任选地，EGR插装阀还包括阀导向件，所述阀导向件在圆柱形壳体内联接EGR阀，并且第二冷却通道在与阀导向件重叠的竖直位置围绕EGR插装阀的圆周的一部分。

作为另一个示例，一种系统包括：发动机，其包括气缸盖，所述气缸盖包括一体式排气歧管(IEM)和容纳在其中的水套，所述水套包括经由钻孔通道流体地联接的上部套和下部套；以及排气再循环(EGR)系统，其包括联接在气缸盖中的圆柱形孔内的EGR插装阀，所述EGR插装阀被定位成直接从IEM接收发动机排气；以及集成在气缸盖中的EGR通道，所述EGR通道将EGR插装阀流体地联接到定位在发动机外部的冷却器。在前述示例中，另外或任选地，上部套的顶部与EGR插装阀竖直地重叠，并完全围绕EGR插装阀的圆周。在前述示例中的一者或两者中，另外或任选地，水套还包括流体地联接到上部套的顶部并竖直地定位在其上方的EGR插装阀芯体。在任何前述示例或所有前述示例中，另外或任选地，EGR插装阀包括定位在其中的阀导向件，并且EGR插装阀芯体围绕阀导向件的一部分。在任何前述示例或所有前述示例中，另外或任选地，EGR插装阀芯体的竖直位置与阀导向件的竖直位置重叠。在任何前述示例或所有前述示例中，另外或任选地，EGR插装阀包括其中联接有EGR阀的圆柱形壳体，并且其中当EGR阀处于打开位置时，IEM流体地联接到EGR通道。在任何前述示例或所有前述示例中，另外或任选地，圆柱形壳体形成用于EGR阀的阀座，并且上部套的顶部完全围绕阀座的圆周。

作为另一个示例，一种方法包括：使冷却剂经由发动机的气缸盖的水套在联接在气缸盖中的排气再循环(EGR)阀周围流动，所述EGR阀被定位成直接从集成到气缸盖中的排气歧管接收排气；以及基于所需的EGR速率调整EGR阀的位置。在前述示例中，另外或任选地，使冷却剂在EGR阀周围流动包括使冷却剂以至少每秒一米的流速流过水套。在前述示例中的一者或两者中，另外或任选地，基于所需的EGR速率来调整EGR阀的位置包括：随着所需的EGR速率增加而将EGR阀调整到更大打开位置，以及随着所需的EGR速率减小而将EGR阀调整到更大关闭位置。

在另一个表示中，一种发动机系统包括：包括一体式排气歧管(IEM)的气缸盖；排气再循环(EGR)插装阀，其定位在气缸盖的圆柱形孔中，所述圆柱形孔直接联接到IEM；以及封闭在气缸盖内的水套，所述水套包括围绕EGR插装阀的一个或多个冷却通道。在前述示例中，发动机系统另外或任选地还包括流体地联接到水套的水泵，所述水泵被配置为在发动机系统操作期间使冷却剂流过水套。在前述示例中的一者或两者中，另外或任选地，EGR插装阀包括圆柱形壳体，所述圆柱形壳体经由与圆柱形壳体和圆柱形孔中的每一个直接接触的黄铜衬里热联接到圆柱形孔。在任何前述示例或所有前述示例中，另外或任选地，EGR插装阀还包括阀导向件，所述阀导向件将提升阀联接到圆柱形壳体。在任何前述示例或所有前述示例中，另外或任选地，圆柱形壳体形成用于提升阀的阀座。在任何上述示例或所有上述示例中，另外或任选地，阀座位于圆柱形壳体的最底部位置，并在圆柱形壳体中形成第一开口。在任何上述示例或所有上述示例中，另外或任选地，圆柱形壳体在圆柱形壳体的侧面中形成第二开口。在任何前述示例或所有前述示例中，另外或任选地，第二开口从第一开口旋转90度并且与阀导向件的竖直位置重叠。在任何前述示例或所有前述示例中，另外或任选地，围绕EGR插装阀的一个或多个冷却通道包括第一冷却通道，所述第一冷却通道在与阀座重叠的竖直位置完全围绕EGR插装阀的圆周。在任何前述示例或所有前述示例中，另外或任选地，围绕EGR插装阀的一个或多个冷却通道包括第二冷却通道，所述第二冷却通道在与阀导向件和第二开口中的每一个重叠的竖直位置部分围绕EGR插装阀的圆周。在任何前述示例或所有前述示例中，另外或任选地，第二冷却通道竖直地定位在第一冷却通道上方并流体地联接到第一冷却通道。在任何前述示例或所有前述示例中，另外或任选地，在发动机系统操作期间，冷却剂从第一冷却通道流动到第二冷却通道并流回第一冷却通道。

应当注意，本文所包括的示例性控制和估计程序可以与各种发动机和/或车辆系统配置一起使用。本文所公开的控制方法和程序可以作为可执行指令存储在非暂时性存储器中，并且可以由包括控制器的控制系统结合各种传感器、致动器和其他发动机硬件来实行。本文所述的具体程序可表示任何数量的处理策略(诸如事件驱动的、中断驱动的、多任务的、多线程的处理策略等)中的一种或多种。因此，所示的各种动作、操作和/或功能可以按照所示的顺序执行、并行地执行或者在某些情况下进行省略。同样地，处理次序不一定是实现本文所述的示例性实施例的特征和优点所必需的，而是为了便于说明和描述而提供的。所示的动作、操作和/或功能中的一个或多个可以取决于所使用的特定策略而重复地执行。此外，所述的动作、操作和/或功能可以图形地表示要编程到发动机控制系统中的计算机可读存储介质的非暂时性存储器中的代码，其中通过结合电子控制器在包括各种发动机硬件部件的系统中执行指令来实施所述的动作。

应当理解，本文所公开的配置和程序本质上是示例性的，并且这些具体实施例不应被视为具有限制意义，因为许多变型是可能的。例如，以上技术可应用于V型6缸、直列4缸、直列6缸、V型12缸、对置4缸及其他发动机类型。本公开的主题包括本文公开的各种系统和配置以及其他特征、功能和/或性质的所有新颖和非显而易见的组合和子组合。

如本文所使用，术语“约”应理解为是指范围的正负百分之五，除非另有指定。

以下权利要求特别指出被视为新颖的和非显而易见的某些组合和子组合。这些权利要求可指代“一个”要素或“第一”要素或其等同物。此类权利要求应当被理解为包括一个或多个此类要素的引入，从而既不要求也不排除两个或更多个此类要素。所公开的特征、功能、要素和/或性质的其他组合和子组合可通过修改本发明权利要求或通过在本申请或相关申请中提出新权利要求而被要求保护。此类权利要求与原权利要求相比无论在范围上更宽、更窄、等同或不同都被认为包括在本公开的主题内。

根据本发明，提供了一种系统，其包括：包括一体式排气歧管(IEM)的气缸盖；定位在IEM的中央收集器区域处的所述气缸盖中的圆柱形孔中的排气再循环(EGR)插装阀，所述EGR插装阀包括定位在其中的EGR阀；以及封闭在所述气缸盖内的水套，所述水套包括围绕所述EGR插装阀的圆周的第一冷却通道。

根据一个实施例，所述EGR插装阀包括圆柱形壳体，所述圆柱形壳体具有在所述壳体的底部处的第一开口和在所述壳体的侧面中的第二开口，并且其中所述壳体在所述第一开口和所述第二开口之间形成通道。

根据一个实施例，本发明的特征还在于在所述气缸盖内的EGR通道，所述EGR通道竖直地定位在所述IEM的排气道出口上方并与其平行，并且其中所述EGR插装阀的所述壳体的所述第二开口与所述EGR通道齐平。

根据一个实施例，所述EGR阀包括提升阀，所述第一开口形成用于所述提升阀的阀座，并且所述第一冷却通道在与所述阀座重叠的竖直位置围绕所述EGR插装阀的圆周。

根据一个实施例，本发明的特征还在于导热体，所述导热体定位在所述EGR插装阀的所述壳体和所述圆柱形孔之间，并与所述壳体和所述圆柱形孔中的每一个直接接触。

根据一个实施例，所述导热体是可压扁的金属衬里。

根据一个实施例，所述水套还包括竖直地定位在所述第一冷却通道上方的第二冷却通道。

根据一个实施例，所述第二冷却通道在与所述第二开口重叠的竖直位置围绕所述EGR插装阀的圆周的一部分。

根据一个实施例，所述第二冷却通道包括将所述第二冷却通道流体地联接到所述第一冷却通道的锥形通道。

根据一个实施例，所述EGR插装阀还包括阀导向件，所述阀导向件在所述圆柱形壳体内联接所述EGR阀，并且所述第二冷却通道在与所述阀导向件重叠的竖直位置围绕所述EGR插装阀的圆周的一部分。

根据本发明，提供了一种系统，其具有：发动机，其包括气缸盖，所述气缸盖包括一体式排气歧管(IEM)和容纳在其中的水套，所述水套包括经由钻孔通道流体地联接的上部套和下部套；以及排气再循环(EGR)系统，其包括联接在所述气缸盖中的圆柱形孔内的EGR插装阀，所述EGR插装阀被定位成直接从所述IEM接收发动机排气；以及集成在所述气缸盖中的EGR通道，所述EGR通道将所述EGR插装阀流体地联接到定位在所述发动机外部的冷却器。

根据一个实施例，所述上部套的顶部与所述EGR插装阀竖直地重叠，并完全围绕所述EGR插装阀的圆周。

根据一个实施例，所述水套还包括流体地联接到所述上部套的顶部并竖直地定位在其上方的EGR插装阀芯体。

根据一个实施例，所述EGR插装阀包括定位在其中的阀导向件，并且所述EGR插装阀芯体围绕所述阀导向件的一部分。

根据一个实施例，所述EGR插装阀芯体的竖直位置与所述阀导向件的竖直位置重叠。

根据一个实施例，所述EGR插装阀包括其中联接有EGR阀的圆柱形壳体，并且其中当所述EGR阀处于打开位置时，所述IEM流体地联接到所述EGR通道。

根据一个实施例，所述圆柱形壳体形成用于所述EGR阀的阀座，并且所述上部套的所述顶部完全围绕所述阀座的圆周。

根据本发明，一种方法包括：使冷却剂经由发动机的气缸盖的水套在联接在所述气缸盖中的排气再循环(EGR)阀周围流动，所述EGR阀被定位成直接从集成到所述气缸盖中的排气歧管接收排气；以及基于所需的EGR速率调整所述EGR阀的位置。

根据一个实施例，使冷却剂在所述EGR阀周围流动包括使冷却剂以至少每秒一米的流速流过所述水套。

根据一个实施例，基于所需的EGR速率来调整所述EGR阀的所述位置包括：随着所需的EGR速率增加而将所述EGR阀调整到更大打开位置，以及随着所需的EGR速率减小而将所述EGR阀调整到更大关闭位置。

Claims (15)

1.一种系统，其包括：

气缸盖，所述气缸盖包括一体式排气歧管(IEM)；

排气再循环(EGR)插装阀，所述EGR插装阀定位在所述IEM的中央收集器区域处的所述气缸盖中的圆柱形孔中，所述EGR插装阀包括位于其中的EGR阀；和

水套，所述水套封闭在所述气缸盖内，所述水套包括围绕所述EGR插装阀的圆周的第一冷却通道。

2.如权利要求1所述的系统，其中所述EGR插装阀包括圆柱形壳体，所述圆柱形壳体具有在所述壳体的底部处的第一开口和在所述壳体的侧面中的第二开口，并且其中所述壳体在所述第一开口和所述第二开口之间形成通道。

3.如权利要求2所述的系统，其还包括在所述气缸盖内的EGR通道，所述EGR通道竖直地定位在所述IEM的排气道出口上方并与其平行，并且其中所述EGR插装阀的所述壳体的所述第二开口与所述EGR通道齐平。

4.如权利要求3所述的系统，其中在所述EGR阀处于打开位置时所述IEM流体地联接到所述EGR通道。

5.如权利要求3所述的系统，其中所述EGR通道将所述EGR插装阀流体地联接到定位在所述气缸盖外部的冷却器。

6.如权利要求2所述的系统，其中所述EGR阀包括提升阀，所述第一开口形成用于所述提升阀的阀座，并且所述第一冷却通道在与所述阀座重叠的竖直位置围绕所述EGR插装阀的圆周。

7.如权利要求2所述的系统，其还包括导热体，所述导热体定位在所述EGR插装阀的所述壳体和所述圆柱形孔之间，并与所述壳体和所述圆柱形孔中的每一个直接接触。

8.如权利要求7所述的系统，其中所述导热体是可压扁的金属衬里。

9.如权利要求2所述的系统，其中所述水套还包括竖直地定位在所述第一冷却通道上方的第二冷却通道。

10.如权利要求9所述的系统，其中所述第二冷却通道在与所述第二开口重叠的竖直位置围绕所述EGR插装阀的圆周的一部分。

11.如权利要求9所述的系统，其中所述第二冷却通道包括将所述第二冷却通道流体地联接到所述第一冷却通道的锥形通道。

12.如权利要求9所述的系统，其中所述EGR插装阀还包括阀导向件，所述阀导向件在所述圆柱形壳体内联接所述EGR阀，并且所述第二冷却通道在与所述阀导向件重叠的竖直位置围绕所述EGR插装阀的圆周的一部分。

13.一种方法，其包括：

使冷却剂经由发动机的气缸盖的水套在联接在所述气缸盖中的排气再循环(EGR)阀周围流动，所述EGR阀被定位成直接从集成到所述气缸盖中的排气歧管接收排气；以及

基于所需的EGR速率调整所述EGR阀的位置。

14.如权利要求13所述的方法，其中使冷却剂在所述EGR阀周围流动包括使冷却剂以至少每秒一米的流速流过所述水套。

15.如权利要求13所述的方法，其中基于所需的EGR速率来调整所述EGR阀的所述位置包括：随着所需的EGR速率增加而将所述EGR阀调整到更大打开位置，以及随着所需的EGR速率减小而将所述EGR阀调整到更大关闭位置。

Images