CN206319970U - 具有集成热交换器的发动机 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种具有集成热交换器的发动机，其包括：限定燃烧室的气缸盖；嵌在气缸盖的进气侧并通过使用冷却剂来冷却进气的中间冷却器；嵌在气缸盖中并冷却废气的EGR冷却器，废气从燃烧室的排气侧排放并通过形成于气缸盖的EGR通道而再循环到燃烧室的进气侧；以及EGR分配管，其形成在气缸盖的上侧，被供给通过EGR冷却器的废气，并且具有分配孔，通过分配孔将废气分配到与燃烧室连接的进气口中。

Description

具有集成热交换器的发动机
相关申请的交叉参考
本申请要求于2016年3月16日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2016-0031657的优先权权益，在此引入该专利申请的全部内容作为参考。
技术领域
本申请涉及一种内燃发动机，更具体而言涉及一种具有集成热交换器的发动机，其中中间冷却器和废气再循环(EGR)冷却器均嵌在气缸盖中，使得冷却效率提高且整体结构变得紧凑。
背景技术
通常，柴油发动机上设有增压器或中间冷却器，以便获得更高的输出。
在具有上述增压器的柴油发动机中，废气或外部空气被增压器的压缩机压缩，并将压缩的废气或压缩的空气供给到发动机。
然而，快速压缩的空气吸收增压器的热量和在压缩空气的过程中产生的热量，使得空气的密度减小。因此，发动机气缸的填充效率劣化。
为此，中间冷却器用于冷却空气，即增压空气，以增大空气密度并允许更大量的空气被吸入发动机的气缸中。因此，可以获得更高的输出。
此外，废气再循环(EGR)***安装在柴油发动机中，以便减少作为空气污染物之一的氮氧化物(NOx)的排放。
氮氧化物是氧气和氮气在高压高温的条件下结合时产生的有害气体。为了抑制氮氧化物的产生，EGR***通过向进气***提供被排放到大气中的一部分废气来降低燃烧温度，并且通过减少所供给的氧气量，来减少氮氧化物的产生。
EGR***需要使高温的废气再循环，因此EGR***可以具有EGR冷却器来冷却EGR***。作为EGR冷却器，存在高压EGR冷却器(HP-EGR冷却器)、低压EGR冷却器(LP-EGR冷却器)、催化转换器等，高压EGR冷却器连接排气歧管一侧的EGR阀，并直接冷却流入进气歧管的高压EGR气体，低压EGR冷却器冷却压力降低的低压EGR气体，同时气体依次通过增压器的涡轮。
近来，使进气路径缩短的水冷式中间冷却器被应用于发动机***，以便改善冷却效率和响应性。具体而言，已进行了相关研究旨在简化连接到中间冷却器和EGR冷却器的复杂的冷却回路，使整体结构紧凑，并且通过在将气体供给到燃烧室之前，防止通过中间冷却器和EGR冷却器的气体被加热，来提高进气效率。
本背景部分公开的上述信息仅用于增强对本实用新型的背景的理解，因此其可包含不构成本国本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
实用新型内容
本实用新型旨在提供一种具有集成热交换器的发动机，该发动机能够通过在气缸盖上安装中间冷却器和废气再循环(EGR)冷却器两者，来提高进气效率，省去用于冷却气缸盖的复杂的冷却回路，使整体结构紧凑，并且防止通过中间冷却器的进气和通过EGR冷却器的再循环废气被加热。
根据本实用新型的一个示例性实施例，具有集成热交换器的发动机包括：限定燃烧室的气缸盖；中间冷却器，其嵌在气缸盖的进气侧，并且设置成通过使用冷却剂来冷却将要供给到燃烧室的进气；以及废气再循环(EGR)冷却器，其嵌在气缸盖中并设置成冷却废气，该废气从燃烧室的排气侧排出，并且通过形成于气缸盖的EGR通道而再循环到燃烧室的进气侧。
混合空间可以形成在中间冷却器和燃烧室之间，并且通过中间冷却器的空气和通过EGR冷却器的再循环废气可以在混合空间中混合，并且供给到燃烧室。
发动机可以进一步包括形成在气缸盖中的混合空间上侧的EGR分配管，所述EGR分配管被供给通过EGR冷却器的再循环废气，并且将再循环废气分配到混合空间中。
可形成分配孔以连接EGR分配管和混合空间。
燃烧室可在气缸盖的纵向方向上以预定间隔配置，并且分配孔可分别形成在与燃烧室的进气口对应的位置。
EGR冷却器可以在气缸盖的纵向方向上设置在气缸盖中的中间冷却器的一侧。
EGR冷却器可以设置在气缸盖中的中间冷却器的上侧。
EGR冷却器可以嵌在气缸盖中，以便通过使用用于冷却气缸盖的发动机冷却剂，来冷却再循环废气。
中间冷却器可以嵌在气缸盖中，以便通过使用低温冷却剂来冷却空气，低温冷却剂与用于冷却气缸盖的发动机冷却剂分开形成，并且通过低温冷却剂管路。
在低温冷却剂管路中，低温冷却剂散热器和低温冷却剂泵可以设置在预定位置，低温冷却剂散热器将低温冷却剂的热量排放到外部，低温冷却剂泵使低温冷却剂沿低温冷却剂管路循环。
压缩空气并将压缩的空气输送到中间冷却器的涡轮增压器可以设置在中间冷却器的上游侧的进气管路中。
根据本实用新型的另一示例性实施例，具有集成热交换器的发动机包括：限定燃烧室的气缸盖；中间冷却器，其嵌在气缸盖的进气侧并设置成通过使用冷却剂，来冷却将要供给到燃烧室的进气；EGR冷却器，其嵌在气缸盖中并设置成冷却废气，该废气从燃烧室的排气侧排出，并通过形成于气缸盖的EGR通道而再循环到燃烧室的进气侧；以及EGR分配管，其形成在气缸盖的上侧，被供给通过EGR冷却器的再循环废气，并且形成有分配孔，将再循环废气通过分配孔分配到与燃烧室连接的进气口中。
EGR冷却器可以通过使用用于冷却气缸盖的发动机冷却剂，来冷却再循环废气，并且中间冷却器可以通过使用低温冷却剂来冷却进气，低温冷却剂与发动机冷却剂分开形成，并且通过低温冷却剂管路。
根据本实用新型的用于实现上述目的的公开，由于EGR冷却器和中间冷却器被嵌在气缸盖中，通过中间冷却器的进气供给到燃烧室所通过的路径可以缩短，并且进气的温度可以保持较低，从而可以提高进气效率。
此外，由于通过气缸盖的发动机冷却剂冷却EGR冷却器，因此可以省略冷却管路的路径且提高冷却效率，并且由于通过EGR冷却器的再循环废气的路径长度缩短，因此可以将再循环废气的温度保持相对较低，并且可以提高进气效率。
附图说明
图1为本实用新型的一个示例性实施例的具有集成热交换器的发动机的结构示意图。
图2为示出本实用新型的一个示例性实施例的具有集成热交换器的发动机内部的透视图。
图3为示出本实用新型的一个示例性实施例的具有集成热交换器的发动机的一部分的透视图。
图4为示出本实用新型的另一示例性实施例的具有集成热交换器的发动机的一部分的透视图。
具体实施方式
在下文中，参考附图详细地描述示例性实施例。
此外，为了理解和易于描述，任意地示出附图中所示的每个部件的尺寸和厚度，但本实用新型并不限于此。为了清楚的表达，放大了几个部分和区域的厚度。
省略与说明书无关的部件，以清楚地描述本实用新型的示例性实施例，并且在整个说明书中用相同的参考标号来表示相同或相似的组成元件。
在下面的描述中，组成元件的名称被分类为第一、第二…等，以便区别具有相同名称的组成元件，并且名称基本上并不限于该顺序。
图1为本实用新型的一个示例性实施例的具有集成热交换器的发动机的结构示意图。
参考图1，发动机包括进气管路100、具有涡轮122和压缩机124的涡轮增压器120、气缸盖130、废气再循环(EGR)冷却器135、中间冷却器150、混合空间140、进气口127、燃烧室125、排气口129、排气歧管112、排气管路110、EGR通道132、低温冷却剂流动路径167、低温冷却剂泵160以及低温冷却剂散热器165。
供给到进气管路100的外部空气被涡轮增压器120的压缩机124压缩，然后被供给到气缸盖130，供给到气缸盖130的外部空气通过中间冷却器150、混合空间140以及进气口127被供给到燃烧室125。
将燃烧室125中所燃烧的废气通过排气口129收集到排气歧管112中，然后通过排气管路110排放到外部。这里，安装在排气管路110中的涡轮122由废气旋转，并使压缩机124旋转。
收集在排气歧管112中的一部分废气通过形成于气缸盖130中的EGR通道132流向进气侧，然后在通过EGR冷却器135之后被分配到混合空间140中。
中间冷却器150为水冷型，借助沿低温冷却剂管路167再循环的低温冷却剂，来冷却由压缩机124压缩的高温高压的进气。这里，将低温冷却剂的热量排放到外部的低温冷却剂散热器165和泵送并循环低温冷却剂的低温冷却剂泵160，设置在低温冷却剂管路167中。
中间冷却器150和EGR冷却器135被嵌在气缸盖130中，中间冷却器150通过使用单独的低温冷却剂来冷却进气，并且EGR冷却器135通过使用在气缸盖130中循环的发动机冷却剂，来冷却再循环废气。
此外，中间冷却器150和EGR冷却器135被嵌在气缸盖130中，并且EGR通道132形成在气缸盖130中，废气通过EGR通道132从排气口129再循环到进气口127。
因此，通过在气缸盖130中循环的发动机冷却剂，可以提高冷却再循环废气的效率，并且将通过中间冷却器150的进气直接分配到进气口127中，使得进气温度的升高被防止，因此可以提高进气的填充效率和输出。
此外，混合空间140形成在进气口127和中间冷却器150之间，并且再循环废气和进气在混合空间140中混合，然后被分配到进气口127中，使得进气和废气的混合特性提高。
在示例性实施例中，气缸盖130可以由铝制成，EGR冷却器135也可以由铝制成，中间冷却器150也可以由铝制成，并且EGR冷却器135和中间冷却器150彼此分离。
EGR冷却器135和中间冷却器150***气缸盖130中的安装空间中，并通过焊接或通过固定构件固定到气缸盖130。通过中间冷却器150的进气和通过EGR冷却器135的废气在混合空间140中混合，并且混合空间140引导进气和废气，将进气和废气分配到燃烧室125中。
此外，EGR冷却器135被垂直设置，使得从排气口流出的再循环废气通过EGR冷却器135的下部，并且使得通过EGR冷却器135下部的再循环废气在通过EGR冷却器135的上部之后，供给到混合空间140。
图2为示出本实用新型的一个示例性实施例的具有集成热交换器的发动机内部的透视图。
参考图2，EGR分配管200设置在混合空间140的上侧，并且EGR分配管200将通过EGR冷却器135上部的再循环废气分配到混合空间140中。
EGR冷却器135具有双层结构，其第一层和第二层在通过EGR通道132供入再循环废气之后，依次冷却再循环废气，然后将再循环废气排放到EGR分配管200中。
EGR分配管200连接到EGR冷却器135的第二(上)层，并且将再循环废气分配到混合空间140的上侧。
图3为示出本实用新型的一个示例性实施例的具有集成热交换器的发动机的一部分的透视图。
参考图3，分配孔300形成在EGR分配管200中，并且分配孔300以预定间隔配置，以便对应于燃烧室125。
在本实用新型中，依次流经EGR冷却器135的下部和上部的再循环废气，流入设置在EGR冷却器135的上侧的EGR分配管200中，并且流入EGR分配管200中的再循环废气通过分配孔300注入混合空间140中，然后与通过中间冷却器150的进气混合。
此外，分配孔300形成在与连接到燃烧室的进气口127对应的位置，使得再循环废气和进气的混合得到改善。由于EGR冷却器135和中间冷却器150嵌在气缸盖130中，因此将通过中间冷却器150的进气供给到燃烧室125的路径缩短，并且进气的温度保持为低，使得进气效率提高。
此外，由于通过气缸盖130的发动机冷却剂冷却EGR冷却器135，因此省略冷却管路的路径且提高冷却效率，并且由于通过EGR冷却器135的再循环废气的路径长度缩短，因此再循环废气的温度保持相对较低且进气效率不会劣化。
图4为示出本实用新型的另一示例性实施例的具有集成热交换器的发动机的一部分的透视图，省略如图1至图3中所示的相同或相似部分的描述，对不同的特征进行详细地描述。
参考图4，中间冷却器150和EGR冷却器135嵌在气缸盖130的进气侧。进一步地，中间冷却器150设置在下侧，EGR冷却器135设置在中间冷却器150的上侧，从而形成双层结构。
混合空间140形成在中间冷却器150和EGR冷却器135的下游侧，并且混合空间140连接到与燃烧室125连接的进气口127。
在本实用新型中，从排气口129排放的废气流经形成在气缸盖130中的EGR通道132，然后流经EGR冷却器135，并且通过EGR冷却器135的再循环废气被分配到混合空间140中。
此外，进气经由进气管路100流经中间冷却器150，并流入混合空间140中，以便与通过EGR冷却器135的再循环废气混合。混合气体通过进气口127分配到各个燃烧室125中。
如上所述，由于EGR冷却器135和中间冷却器150嵌在气缸盖130中，通过中间冷却器150的进气供给到燃烧室125的路径缩短，并且进气的温度保持较低，使得进气效率提高。
由于通过气缸盖130的发动机冷却剂冷却EGR冷却器135，因此省略冷却管路的路径且提高冷却效率，并且通过EGR冷却器135的再循环废气的路径长度缩短，再循环废气的温度保持相对较低且进气效率不会劣化。
虽然结合目前认为是实际的示例性实施例描述了本实用新型，但应该理解本实用新型并不限于所公开的实施例。相反，本实用新型旨在覆盖包括在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效配置。

Claims (13)

1.一种具有集成热交换器的发动机，其中：
所述发动机包括：
限定燃烧室的气缸盖；
中间冷却器，其嵌在所述气缸盖的进气侧并通过使用冷却剂来冷却将要供给到所述燃烧室的进气；以及
废气再循环冷却器，其嵌在所述气缸盖中并冷却废气，所述废气从所述燃烧室的排气侧排出，并且通过形成于所述气缸盖中的EGR通道而再循环到所述燃烧室的所述进气侧，其中，废气再循环的英文缩写为EGR。
2.根据权利要求1所述的发动机，其中：
所述发动机进一步包括：
形成在所述中间冷却器和所述燃烧室之间的混合空间，
通过所述中间冷却器的空气和通过所述EGR冷却器的所述废气在所述混合空间中混合并供给到所述燃烧室。
3.根据权利要求2所述的发动机，其中：
所述发动机进一步包括：
EGR分配管，其形成于所述气缸盖中的所述混合空间的上侧，
其中所述EGR分配管被供给通过所述EGR冷却器的所述废气，并且将所述废气分配到所述混合空间中。
4.根据权利要求3所述的发动机，其中：
分配孔连接所述EGR分配管和所述混合空间。
5.根据权利要求4所述的发动机，其中：
所述燃烧室在所述气缸盖的纵向方向上以预定间隔配置，
并且，所述分配孔分别形成在对应于所述燃烧室的进气口的位置。
6.根据权利要求1所述的发动机，其中：
所述EGR冷却器在所述气缸盖的纵向方向上设置在所述气缸盖中的所述中间冷却器的一侧。
7.根据权利要求1所述的发动机，其中：
所述EGR冷却器设置在所述气缸盖中的所述中间冷却器的上侧。
8.根据权利要求1所述的发动机，其中：
所述EGR冷却器嵌在所述气缸盖中，以便通过使用用于冷却所述气缸盖的发动机冷却剂来冷却所述再循环废气。
9.根据权利要求1所述的发动机，其中：
所述中间冷却器嵌在所述气缸盖中，以便通过使用低温冷却剂来冷却空气，所述低温冷却剂与用于冷却所述气缸盖的发动机冷却剂分开地流动，并且通过低温冷却剂管路。
10.根据权利要求9所述的发动机，其中：
在所述低温冷却剂管路上，设置有低温冷却剂散热器和低温冷却剂泵，所述低温冷却剂散热器将所述低温冷却剂的热量排放到外部，所述低温冷却剂泵使所述低温冷却剂沿所述低温冷却剂管路循环。
11.根据权利要求9所述的发动机，其中：
所述中间冷却器上游侧的进气管路中，设置有压缩空气并将压缩的空气供给到所述中间冷却器的涡轮增压器。
12.一种具有集成热交换器的发动机，其中：
所述发动机包括：
限定燃烧室的气缸盖；
中间冷却器，其嵌在所述气缸盖的进气侧，并通过使用冷却剂来冷却将要供给到所述燃烧室的进气；
EGR冷却器，其嵌在所述气缸盖中并冷却废气，所述废气从所述燃烧室的排气侧排出，并且通过形成于所述气缸盖中的EGR通道而再循环到所述燃烧室的所述进气侧；以及
EGR分配管，其形成在所述气缸盖的上侧，被供给通过所述EGR冷却器的所述废气，并且具有分配孔，将所述废气通过所述分配孔分配到与所述燃烧室连接的进气口中。
13.根据权利要求12所述的发动机，其中：
所述EGR冷却器通过使用用于冷却所述气缸盖的发动机冷却剂来冷却所述废气，并且，
所述中间冷却器通过使用低温冷却剂来冷却所述进气，所述低温冷却剂与所述发动机冷却剂分开地流动，并且通过低温冷却剂管路。
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