整合的短路径平均分配EGR系统

摘要

本发明公开了一种整合的短路径平均分配EGR系统。在一个实施方案中，公开了用于发动机的废气再循环(EGR)系统。该EGR系统包括将经再循环的发动机废气冷却并且安装在发动机中的汽缸盖的阀盖与气门机构之间的EGR冷却器。

说明书

技术领域

本发明一般涉及一种用于发动机的废气再循环(EGR)系统。具体而言，公开了一种具有短路径的EGR系统，其穿过发动机的汽缸而均匀分配废气。

背景技术

发动机中的内部燃烧的一个副产物是形成了氮氧化物(NO_X)气体。当氮气(N2)与氧气(O2)在与燃烧过程关联的高温下结合时，形成了这些类型的气体，从而形成比如一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO₂)的NO_X气体。当这些气体释放到大气中时，这些气体可以具有多种有害的环境效应。例如，酸雨、烟雾、臭氧层消耗和气体有害的环境效应已被归因于NO_X气体向大气中的释放。

为了减少燃烧发动机的NO_X气体的排放，已经研发出了将废气再循环回到发动机的进气管中的EGR系统。废气充当燃烧过程中的“稀释剂”，从而减少由于热减节流(thermaldethrottling)而导致的泵送损失。NO_X的排放得到了减少，这是因为再循环气体也可以降低压缩端温度，从而降低可以导致形成更多NO_X气体的燃烧温度。许多EGR系统是通过包括EGR冷却器来实现该降低温度的，EGR冷却器在将气体引入回到发动机的进气管中之前将废气冷却。一般而言，这些冷却器通过使用发动机的冷却剂以从废气转移热量。

尽管现代EGR系统对于减少NO_X气体的排放在某种程度上是有效的，但是这不是没有代价的。首先，由于EGR系统中的气体再循环，发动机效率受到了负面影响。而且，现代EGR系统一般增加了发动机的体积、尺寸和复杂性，该发动机必须适应现代EGR系统所使用的相对长的再循环路径。特别而言，更长的EGR路径可以降低EGR系统的响应时间，影响发动机的响应，等等。

为了解决现有技术中的该问题，需要研发展现出更好的性能、改进的燃料效率并且比常规EGR系统更小的EGR系统。

公开于该发明背景技术部分的上述信息仅仅旨在加深对发明背景的理解，因此其可以包含的信息并不构成在本国已为本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明提供一种以紧凑并且有效的方式在发动机中的再循环废气的系统和方法。特别而言，可以采用使用发动机油作为冷却剂的低断面(lowprofile)废气冷却器。所述废气冷却器可以位于发动机中，以便利用用于废气的较短再循环路径。

在一个实施方案中，公开了用于发动机的废气再循环(EGR)系统。该EGR系统包括将经再循环的发动机废气冷却并且安装在发动机中的汽缸盖的阀盖与气门机构之间的EGR冷却器。在一些方面，所述EGR冷却器还可以限定对应于在汽缸盖中的火花塞孔洞的多个孔口。

根据各个方面，所述EGR冷却器可以使用发动机油作为用于经再循环的废气的冷却剂。EGR冷却器还可以包括用于发动机油从EGR冷却器流动到发动机的油盘的流动路径。用作冷却剂的发动机油中的至少一部分可以通过气门机构自身被溅射到EGR冷却器上。在一个方面中，EGR冷却器接收来自汽缸盖的发动机油。

根据各个方面，该EGR系统可以包括EGR管路，该EGR管路将来自发动机的排气歧管的废气转移到EGR冷却器以便冷却。所述EGR系统还可以包括EGR分配组件，所述EGR分配组件接收来自EGR冷却器的经冷却的废气并且横穿发动机的汽缸而均匀分配废气。例如，EGR分配组件可以将经冷却的废气均匀分配到发动机的进气歧管的进气道中。EGR系统可以包括油冷却器，所述油冷却器选择性冷却发动机油，在一些情况下，电子控制器致动油冷却器的旁通阀以便选择油冷却器是否冷却发动机油。该控制器可以构造成在发动机的预热阶段防止发动机油被油冷却器冷却。

在一个实施方案中，公开了用于发动机的EGR系统。所述EGR系统包括在使用发动机油作为冷却剂的发动机中用于将经再循环的废气冷却的装置。根据各个实施方案，该EGR系统可以包括用于横穿发动机的汽缸而均匀分配经冷却的废气的装置，用于将发动机油冷却的装置，用于选择性控制发动机油何时被冷却的装置，和/或用于将废气从排气歧管转移以用于冷却的装置。

在一个实施方案中，公开了一种方法，其中该方法将废气从发动机转移到EGR冷却器，该EGR冷却器安装在发动机中的汽缸盖的阀盖与气门机构之间。使用来自汽缸盖的发动机油作为冷却剂来冷却废气。将经冷却的废气也横穿发动机的汽缸而分配。

根据各个实施方案，该方法还可以包括将发动机油泵送通过发动机油冷却器。在一些情况中，可以致动控制发动机油是否被提供到发动机油冷却器的旁通阀。该方法还可以包括确定发动机是否处于预热阶段，以及在发动机的预热阶段致动所述旁通阀以将发动机油冷却器旁通。

有益地，本文的系统和方法提供了以紧凑并且有效的方式再循环在发动机中的废气的系统和方法。除了其他益处，EGR系统的较短的再循环路径提供更平顺的发动机响应、改进的燃料效率和发动机的经济性，并且减小了发动机的摩擦。

附图说明

接下来将参照本发明的某些示例性实施方案及其所显示的附图详细地描述本发明的以上和其他特征，在此之后所给出的附图仅作为显示的方式，因而对本发明是非限定性的，其中：

图1是示出废气再循环(EGR)系统的俯视图的图示；

图2是示出图1的EGR系统的横截面侧视图的图示；

图3是示出图1的EGR系统的分解图的图示；以及

图4是用于在发动机中再循环废气的示例性简化程序。

应当了解，所附附图不是必须按比例地显示了本发明的基本原理的说明性的各个优选特征的略微简化的画法。本文所公开的本发明的具体设计特征包括例如具体尺寸、方向、位置和形状将部分地由具体所要应用和使用的环境来确定。

在这些图形中，贯穿附图的多幅图形，附图标记引用本发明的同样的或等同的部件。

具体实施方式

下文中，为了使本领域技术人员容易地实施，将描述本公开。

应当理解，此处所使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语一般包括机动车辆，例如包括运动型多用途车辆(SUV)、公共车辆、卡车、各种商用车辆的乘用汽车，包括各种舟艇、船舶的船只，航空器等等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、可插式混合动力电动车辆、氢动力车辆以及其它替代性燃料车辆(例如源于非汽油的能源的燃料)。正如本文所指的，混合动力车辆为具有两个或更多个动力源的车辆，例如具有汽油动力和电动力的车辆。

此外，应当理解，该方法中的一些可以通过至少一个控制器来执行。术语控制器意为包括存储器和处理器的硬件设备，所述处理器配置为执行应当被解释为其算法结构的一个或多个步骤。存储器配置为存储算法步骤，而处理器是特别配置为执行所述算法步骤来执行下面进一步描述的一个或多个过程。

此外，本发明的控制逻辑可以具体表现为在计算机可读介质上的永久性计算机可读介质，其包含通过处理器、控制器等来执行的可执行程序指令。该计算机可读介质的实例包括但不限于：ROM、RAM、光盘(CD)-ROM、磁带、软盘、闪存、智能卡以及光学数据存储设备。计算机可读记录介质也可以分布在网络联接的计算机系统中以使计算机可读介质以分布式的方式来存储和执行，例如，通过远程信息处理服务器或控制器局域网(CAN)。

在本文中所应用的术语仅出于描述特定的实施方案的目的，而并非旨在限制本发明。本文所用的单数形式“一”、“一个”旨在也包括复数形式，除非上下文清楚作出相反表示。还应了解当在本说明书中使用时，术语“包含”和/或“包括”指所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除一种或多种其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或其组合的存在或添加。如本文中所应用，术语“和/或”包括一个或更多相关联的列出的项的任何和所有组合。

本发明提供了一种废气再循环(EGR)系统，其利用了相对较短的再循环路径。特别而言，与许多使用发动机冷却剂来冷却废气的现有系统相比，本发明包括使得EGR冷却器能够使用发动机油作为废气的冷却剂的技术。也不同于现有系统的是，通过将气体分配到发动机的进气歧管的每个进气道，经冷却的气体还可以横穿发动机的汽缸而均匀分配。在一些实施方案中，还公开了通过比如在发动机的预热时段将发动机油冷却器旁通以便允许选择性地冷却发动机油的技术。通过这样，较热的发动机油减少了发动机摩擦，从而提高了发动机的燃料经济性。

根据本发明，公开了一种用于发动机的EGR系统。该EGR系统包括将经再循环的发动机废气冷却并且构造成安装在发动机中的汽缸盖的阀盖与气门机构之间的EGR冷却器。

现在参考图1，根据各个实施方案，所显示的是EGR系统的俯视图。如图所示，EGR系统100包括构造成将作为燃烧产物的由发动机产生的废气102冷却的EGR冷却器138。发动机将废气102通过排气歧管130排出。至少一部分废气102通过短路径EGR管路134转移回到EGR冷却器138。EGR冷却器138从EGR管路134接收经再循环的废气104，将气体冷却并将经冷却的废气120提供至EGR分配组件118。EGR分配组件118然后将经冷却的废气120经由进气歧管116分配至发动机的气门。从而，在发动机内发生的燃烧可以利用来自进气歧管116的吸入气体、由节流阀114控制的一定量的燃料以及经再循环的废气120。通过将废气引入回燃烧过程中，可以减少由发动机产生的NO_X气体的量。

在各个实施方案中，EGR冷却器138利用发动机油作为冷却剂以冷却经再循环的废气104。例如，EGR冷却器138可以包括从EGR管路134接收经再循环的废气104并且沿着多个EGR冷却器管路110导引气体104的气体输入歧管106。冷却器管路110可以运行为气体-油热交换器，其将在经再循环的废气104中存在的热能传递到发动机油中，该发动机油然后从EGR冷却器138转移离开。从而，经冷却的废气128可以在与气体输入歧管106相对的EGR冷却器138的末端产生并且发送到EGR冷却器138的气体输出歧管124中。气体输出歧管124然后可以通过EGR管路132提供经冷却的废气120，EGR管路132将EGR冷却器138联接到用于将气体分配回到发动机的燃烧室的EGR分配组件118。

EGR冷却器138可以是构造成用于安装在发动机的阀盖126下面的(即，发动机的汽缸盖的气门机构的上面)低断面冷却器。有益地，当将高压和低压EGR气体(例如，来自涡轮增压器的低压气体)都发送回到EGR冷却器138时，该位置使得EGR管路134能够相对较短。相似地，当将用于分配的经冷却的废气120导引回到发动机的气门时，EGR冷却器138的位置使得EGR管路132也能够较短。EGR系统100内的缩短的废气完整路径从而增加了系统100的响应时间并且提供更平顺的发动机响应。

在一些方面中，发动机油可以从发动机的汽缸盖直接提供到EGR冷却器138。例如，如图所示，EGR冷却器138可以包括一个或多个联接到汽缸盖的油供应通道的油输入口122。在一个实施方案中，油可以以相对于废气104的流动而交叉流动的方式流动通过EGR冷却器138，允许有效地冷却流动通过冷却器管路110的废气。然后，发动机油可以通过一个或多个放油孔108从EGR冷却器138转移离开。在一些情况下，一个或多个放油孔108可以对应于在汽缸盖和发动机缸体中已经被发动机用于将发动机油转移回到发动机的油盘的孔洞。

现在参考图2，根据各个实施方案，所显示的是EGR系统100的横截面侧视图。如图所示，EGR冷却器138可以位于汽缸盖154的阀盖126与气门机构之间。在一种实施方案中，EGR冷却器138可以包括多个对应于发动机的火花塞孔洞的孔口。例如，如图所示，汽缸盖154可以包括火花塞孔洞142，而火花塞152位于其中。火花塞152启动燃料在发动机内的燃烧，从而驱动气门机构凸轮轴160。应当认识到，使用本文的教导，EGR冷却器138可以适用于适应任意数量的火花塞以及发动机汽缸。同样，尽管图2显示了双顶置凸轮(DOHC)配置，但是使用本文的教导，EGR冷却器可以适用于使用其他发动机布局。

如上所述，由燃烧产生的废气通过排气口156发送并进入排气歧管130中。至少一部分该气体(即，废气104)然后通过EGR管路134向着发动机向后转移并且被提供到EGR冷却器138。EGR冷却器138中使用了来自汽缸盖154的发动机油以将废气104冷却。如图所示，例如，加压的冷却油供给管路158可以将发动机油供应到EGR冷却器138以冷却废气104。来自EGR冷却器138的发动机油也可以沿着返回路径150，而发动机油经由返回路径150回到发动机中。在一些实施方案中，EGR冷却器138也可以非常靠近气门机构凸轮轴160安装，以便使得一些发动机油144能够溅射到EGR冷却器138上，从而提供对于废气104的更好的冷却。

一旦废气104已经通过EGR冷却器138冷却，则EGR冷却器138将经冷却的废气120提供到EGR分配组件118。在一个实施方案中，EGR分配组件118可以将经冷却的废气120均匀分配到进气歧管108的进气道。如图所示，例如，EGR分配组件118可以将经冷却的废气经由路径148分配到汽缸，路径148延伸通过进气歧管116的进气道146。路径148提供了在EGR系统100内用于废气的缩短的完整路径，从而减小了系统的响应时间并提供其他益处。

现在参考图3，根据各个实施方案，所显示的是EGR系统100的分解图。如上着重描述的，EGR冷却器138可以利用来自发动机的油以便将热量从重获的废气104转移离开。具体而言，废气104经过EGR冷却器138的输入歧管108并且经由供给管路158供给到EGR冷却器138的发动机油而被冷却。生成的经冷却的废气120然后被发送通过气体输出歧管124并进入EGR分配组件118，其将废气返回至汽缸。在一些情况下，EGR分配组件118还可以包括调节回到发动机中的废气的流动的EGR分配阀112。

在一些实施方案中，发动机油供给管路158可以从发动机缸体162延伸通过汽缸盖154。在一些情况下，通过供给管路158的油还可以经由油泵176加压，油泵176将在油盘166中收集的发动机油经由供给管路174泵送回发动机缸体162。例如，油泵176可以包括或者联接到位于油盘166中的油泵收取器168。这些油可以用作发动机的气门机构的润滑剂，以及提供对于废气104的冷却。在一个实施方案中，油供应系统可以包括接收并过滤泵送自油盘166的油的过滤器170。

在各个实施方案中，油冷却器172可以联接到供给管路174，以便在将油返回到发动机缸体162之前将油冷却。油冷却器172可以包括旁通阀，该旁通阀可以被致动来控制沿着管路174流动的油是否被油冷却器172冷却。在一种实施方案中，比如发动机控制单元(ECU)或其他控制器的发动机控制器可以基于发动机的状态来控制旁通阀的致动。例如，如果发动机处于预热阶段，则油冷却器172可以旁通以帮助提高发动机油的温度。通过使用较热的油来润滑发动机，发动机摩擦可以减少，导致发动机内的更好的燃料经济性。一旦油达到适合的温度(即，所需运行温度)，则油可以通过油冷却器172转移，如同维持该温度所需。

在发动机油通过EGR冷却器138之后，油可以经由路径150通过汽缸盖154和发动机缸体162返回进入油盘166中。在一个实施方案中，返回路径150可以是还被发动机用以将油从气门机构返回回到油盘164(例如，已被用以润滑气门机构的油)的共用的油返回路径。例如，油可以经由一个或多个延伸通过发动机缸体162的放油孔返回到油盘164。

现在参考图4，根据各个实施方案，所显示的是在发动机中再循环废气的示例性简化程序。过程400开始于步骤402并且下一个为步骤404，如上所述，在步骤404来自发动机的废气转移到安装在发动机的阀盖与气门机构之间的EGR冷却器。例如，短路径供给管路可以将至少一部分废气从发动机的排气歧管转移到EGR冷却器以便冷却。在步骤406，使用发动机油作为冷却剂的EGR冷却器将废气冷却，如同上文所详细描述的。在各个实施方案中，发动机的油供应链可以构造成通过EGR冷却器发送一部分发动机油。在一些情况下，如果EGR冷却器足够靠近气门机构安装，则从气门机构溅射到EGR冷却器上的发动机油可以提供进一步的冷却。过程400继续到步骤408，如上所述，在步骤408处经冷却的废气横穿发动机的汽缸分配。在各个实施方案中，EGR分配组件可以将经冷却的废气均匀分配回发动机的进气歧管的每一个进气道。过程400然后在步骤410处结束。

应当注意，过程400的一些或全部步骤可任选的，而且图4所描述的步骤仅仅是示例性的。根据本文的教导，某些其他步骤可以依需要而包括进过程400或从过程400中排除。此外，尽管图4示出了特定的步骤顺序，但是该顺序仅仅是示意性的，而且可以利用任何适合的步骤安排而不会偏离本文实施方案的范围。

尽管已经具体描述了本公开的实施方案，但是本公开的权利范围不限于上述实施方案，而且本领域技术人员使用所附权利要求所限定的本公开的基本概念所作出的各个修改和改进形式仍然属于本公开的权利范围。