增压器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及基于发动机增压系统的压缩，并且更具体地涉及用于较高压力场合的增压器结构。本发明提供一种用于发动机的增压系统，包括：具有转子腔和齿轮箱的增压器壳体；构造成由发动机驱动的输入传动轴，所述输入传动轴至少部分地装在该壳体的齿轮箱中；至少部分地装在该壳体的转子腔内的第一转子传动轴；至少部分地装在该壳体的转子腔内的第二转子传动轴；在该输入传动轴与所述第一和第二转子传动轴之间传递转矩且至少部分地装在该壳体的齿轮箱中的齿轮组件。本发明还提供一种为发动机提供增压的方法。
【专利说明】增压器
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2013年3月11日提交的美国专利申请序列号N0.61 / 776，568的优先权,其全部内容通过引用结合入本文。
【技术领域】
[0003]本发明涉及发动机增压系统，并且更具体地，涉及一种适于较高压场合的增压器结构。
【背景技术】
[0004]增压器和涡轮增压器用于增加供给到内燃机中的空气量。这两种系统增加了进入发动机的空气的压力，从而增加了发动机进气的密度。涡轮增压器由发动机排气驱动，而增压器由发动机自身机械驱动。这两种类型的系统均存在相关的优点和缺点。例如，虽然涡轮增压器被承认比增压器具有相对高的燃料效率，但涡轮增压器一般具有通常称为滞后的部分延迟响应。对改进的增压系统存在需要。
【发明内容】
[0005]本发明提供了一种增压系统，包括改进其效率的特征的增压器系统。在一个实施例中，增压器系统包括一种将转子腔与驱动组件腔更有效地密封的结构，这使得其能有效地处理更高的增压压力。这种改进的增压器系统的特征产生这样一种增压器系统，其尤其适合用于增压系统，所述增压系统包括设置在涡轮增压器下游的增压器，这种增压系统有时候被称为涡轮-增压系统。组合的增压器和涡轮增压器增压系统将增压器系统的优点与涡轮增压器的优点相结合，来满足燃料效率目标，同时与仅采用增压器或者仅采用涡轮增压器的系统相比，维持或者改善了的车辆性能。本发明还能够用于仅包括增压器的系统或者包括增压器和涡轮增压器两者的系统，在包括增压器和涡轮增压器两者的系统中增压器位于涡轮增压器上游，这种系统有时候被称为增压器-涡轮增压器(super-turbo)系统。
【专利附图】
【附图说明】
[0006]图1是根据本发明的增压器系统的等距俯视图；
[0007]图2是图1中的增压器系统的等距仰视图；
[0008]图3是图1中的增压器的俯视图；
[0009]图4是图1中的增压器的端视图；
[0010]图5是沿图4中的线5-5的增压器的截面图；
[0011]图6是图5中的一部分的放大图；
[0012]图7是图1中的增压器的一个部件的后等距视图；
[0013]图8是图7所示的结构的俯视图；
[0014]图9是图7所示的结构的后正视图；
[0015]图10是沿图8中线10-10的截面图；
[0016]图11是沿图8中线11-11的截面图；
[0017]图12是沿图8中线12-12的截面图；
[0018]图13是沿图9中线13-13的截面图；
[0019]图14是根据本发明的涡轮增压器-增压器系统的示意图；
[0020]图15是根据本发明的增压器-涡轮增压器系统的示意图。
【具体实施方式】
[0021]参照附图，示出了根据本发明的一个实施例的示例的增压系统。在所示的实施例中，增压系统包括涡轮增压器和增压器两者。涡轮增压器10由来自发动机8的排气提供动力，接收环境入口空气，并且压缩该空气。来自涡轮增压器10的压缩空气被弓I导至增压器12的入口，这导致在该空气输给发动机用于燃烧之前该空气被进一步压缩。
[0022]在所示的实施例中，增压器12包括增压器壳体14，所述增压器壳体包括限定出转子腔的转子腔部分16和限定出齿轮箱腔的紧邻的齿轮箱腔部分18。增压器12的传动输入轴20延伸到增压器壳体14的齿轮箱18之外并且通过发动机8的输出轴经由传动带组件驱动。在转子腔内的是第一转子22和第二转子24，当它们被驱动啮合时使在壳体14的转子腔部分16内的空气从入口向出口移动。例如，转子22、24能够包括彼此相互结合的凸角。所述凸角可限定出凹部，所述凹部接收来自入口的空气并且使空气移动通过转子腔到达出口。
[0023]在所示的实施例中，第一转子传动轴26延伸穿过第一转子22，而通常与第一转子传动轴26平行的第二转子传动轴28延伸穿过第二转子24。位于增压器的齿轮箱部分18内(也被称为变速箱)的齿轮组件30构造成在输入传动轴20与第一和第二转子传动轴26、28之间传递转矩。在所示的实施例中，第一和第二转子传动轴的从动端延伸穿过固定支承板32。在所示的实施例中，支承板32将壳体14的转子腔16与齿轮箱部分18分开。所示的实施例包括设置在齿轮箱中的正时齿轮，确保所述转子以相同的速度转动并且彼此不接触。
[0024]在所示的实施例中，在增压器运行期间，在转子腔部分16中的空气压力升高。在所示的实施例中，在转子腔部分中的空气压力在正常运行期间能够高达30-50磅每平方英寸(Psi)。在不进行控制的情况下，在转子腔部分16中的空气能够越过支承板32漏入齿轮箱18。当空气从转子腔16漏入齿轮箱18时，它能够通过在输入轴20和齿轮箱18之间的环形密封组件34漏出齿轮箱18，和/或迫使润滑流体离开环形密封组件34。
[0025]由于多种原因，空气和油从齿轮箱的带轮端泄漏是不期望的，这些原因例如包括:由于润滑流体的泄漏导致发动机室的污染，由于润滑剂的泄漏导致齿轮箱内的组件的失效，由于空气从转子腔16泄漏导致可能的增压压力的减小，以及在发动机8中燃烧的计量空气量和实际空气量的差异导致的发动机性能的降低。在所示的实施例中，对转子腔16内的空气进行控制来限制从转子腔16漏入齿轮箱18的空气量。
[0026]如上所述，在所示的实施例中，第一和第二转子传动轴26、28延伸穿过支承板32。第一和第二转子传动轴26、28的从动端部36、38通过被压入支承板32的齿轮箱侧抵靠肩部44、46的轴承40、42支承。从动端部36、38与齿轮组件30机械接合并且由该齿轮组件驱动，所述齿轮组件由输入轴20驱动。
[0027]在所示的实施例中，轴承40、42的端面的一部分、支承板32的油封环状圆柱面48、
50、支承板32的端部油封端面52、53、以及第一和第二转子传动轴26、28的从动端部36、38的外圆柱面54、56共同形成了第一和第二油封腔58、60。第一环状油封62位于第一油封腔58内，而第二环状油封64位于第二油封腔60内。在所示的实施例中，第一和第二环状油封62、64限制了漏出齿轮箱18的润滑流体的量。
[0028]在所示的实施例中，第一和第二转子传动轴26、28的从动端部36、38包括环形密封装置，其构造成限制朝齿轮箱18的方向泄漏通过支承板32的空气量。环形密封装置位于转子腔16与第一和第二油封腔58、60之间，而第一和第二油封腔58、60位于齿轮箱18和环形密封装置之间。
[0029]在所示的实施例中，环形密封装置包括在第一转子传动轴26上的第一环状密封环接收槽66和在第二转子传动轴28上的第二环状密封环接收槽68，所述第一环状密封环接收槽与第一油封腔58同轴且靠近第一油封腔设置,所述第二环状密封环接收槽68与第二油封腔60同轴且靠近第二油封腔设置。在所示的实施例中，第一密封环70设置在第一环状密封环接收槽66中，而第二密封环72设置在第二环状密封环接收槽68中。密封环70、72在径向方向上朝外偏置，并且接触支承板32的环形密封环状圆柱面74、76。在所示的实施例中，环形密封组件限制了作用于油封62、64的空气压力量，并且所述油封限制了到达环形密封组件的润滑流体量。
[0030]在所示的实施例中，环状空间63位于密封环、油封、支承板和第一和第二转子传动轴26、28的从动端部36、38的外圆柱面54、56之间。如果来自转子腔16的加压空气流过环形密封装置，空气压力将作用于油封62、64。出于上面讨论的原因，期望作用于这些油封62、64的加压空气量最小化。
[0031]在所示的实施例中，设置空气通风系统用于控制/管理来自密封环70、72和油封62、64之间空间的空气。在所示的实施例中，空气通风系统通过将密封环70、72和油封62、64之间的空气引导至发动机的低压区域来维持该区域(空间)中的低压。
[0032]在所示的实施例中，空气不会排到大气，部分因为在密封环70、72和油封62、64之间的空气是“被计量的”空气。换句话说，进入增压器的空气已经通过发动机测量并考虑在内，且如果空气排入大气，由于预期的燃料空气比与实际不匹配会导致发动机“富”运行。具体来说，到达发动机用于燃烧的空气比预期要少。应当明白，许多其它的结构也是可行的。例如，在另一个实施例中，在密封环和油封之间的空气能够排到大气中，因为排出空气在体积上可能很小从而对于具体的应用不会导致严重的燃料空气误差，排出空气能够被测量或者估计并且被考虑在内(例如，从“被计量的”空气中减去)，或者进入增压器之前相比，空气在离开增压器之后能够被计量。
[0033]在所示的实施例中，流入密封环70、72和油封62、64之间的空气被导入回空气进气系统用于燃烧。在所示的实施例中，空气通风系统包括位于第一密封环70和第一环状油封62之间的第一通风路径78，和位于第二密封环72和第二环状油封64之间的第二通风路径80。例如参见图10和11。
[0034]在所示的实施例中，第一和第二通风路径78、80相交并且一起与空气出口 82连通。例如，参见图3、8和10。与出口相连的空气导管84构造成将空气从空气出口引导返回发动机8。例如，参见图1和12。在所示的实施例中，导管84构造成将空气从出口在某一位置引入发动机，其中在该位置的压力在0.5到1.5个(标准)大气压之间，从而保持作用在油封62、64上的相对较低的空气压力。在所不的实施例中，作用在油封62、64上的压力通过环形密封结构和空气通风装置两者来控制。系统如此构造使得在密封环的转子腔侧的压力能够达到45psi并且在密封环的齿轮侧的压力小于14.7psi。
[0035]在所示的实施例中，导管84构造成将空气从出口 82导入发动机8的曲轴箱104。具体来说，导管84能够构造成将空气从出口 82引导至例如油盘106、气缸本体108、或者曲轴箱强制通风系统114(例如，进气歧管110，聚氯乙烯(PVC)阀112)。参见图12。在一个替代实施例中，导管84构造成将空气从出口 82引导进入涡轮增压器上游的发动机上的位置100，102，在所述位置处压力小于2个标准大气压(ATM)。参见图14和15。在所示的实施例中，第一通风路径78与第一油封接收腔58在轴向上重叠，并且第二通风路径80与第二油封接收腔60在轴向上重叠。例如，参见图7和10。在所示的实施例中，第一和第二通风路径78、80是笔直相交的第一和第二孔道(孔)，所述孔道在2.0毫米和4.0毫米之间(例如，3毫米)。第一和第二通风路径78、80(第一和第二孔道)在第一交点86处相交。第三孔道88从支承板的外部延伸至第一交点86。第四孔道90从支承板的外部延伸并且与第三孔道88相交。例如，参见12和13。在所示的实施例中，孔道90处在朝齿轮箱倾斜的平面内并且延伸至出口 84。参见，图8的截面线12-12。在所示的实施例中，插塞接收沉孔92、94、96位于孔道78、80、88的外端。当插塞插入所述插塞接收沉孔中时，空气路径由密封环和油封到支承板32的出口 82之间的空间构成。
[0036]上述阐述、实施例和数据提供了本发明的结构的制造和使用的完整说明。虽然本发明的多个实施例在不偏离本发明的精神和范围的情况下完成，本发明由后面所附的权利要求来限定。
【权利要求】
1.一种用于发动机的增压系统，包括: 具有转子腔和齿轮箱的增压器壳体； 构造成由发动机驱动的输入传动轴，所述输入传动轴至少部分地装在该壳体的齿轮箱中； 至少部分地装在该壳体的转子腔内的第一转子传动轴； 至少部分地装在该壳体的转子腔内的第二转子传动轴； 在该输入传动轴与所述第一和第二转子传动轴之间传递转矩且至少部分地装在该壳体的齿轮箱中的齿轮组件； 在该转子腔内靠近该齿轮箱且置于该第一转子传动轴上的第一密封环； 在该转子腔内靠近该齿轮箱且置于该第二转子传动轴上的第二密封环； 在该第一密封环和该齿轮箱之间置于该第一转子传动轴上的第一环状油封； 在该第二密封环和该齿轮箱之间置于该第二转子传动轴上的第二环状油封； 位于该第一环状油封和所述第一密封环之间的第一通风路径；和 位于该第二环状油封和所述第二密封环之间的第二通风路径。
2.如权利要求1的增压系统，其特征在于，所述第一通风路径和所述第二通风路径相交并且一起与空气出口连通。
3.如权利要求1的增压系统，其特征在于，还包括连接到所述空气出口的空气导管，所述空气导管构造成将空气从该空气出口引导返回发动机。
4.如权利要求3的增压系统，其特征在于，所述空气导管构造成将空气从该空气出口在某一位置引入发动机，在该位置处压力为0.5到1.5个标准大气压。
5.如权利要求3的增压系统，其特征在于，所述空气导管构造成将空气从该空气出口引入发动机的曲轴箱。
6.如权利要求3的增压系统，其特征在于，所述空气导管构造成将空气从该空气出口引导进入涡轮增压器上游的发动机上的某一位置。
7.如权利要求1的增压系统，其特征在于，该第一通风路径在轴向方向上与第一油封接收腔重叠。
8.如权利要求7的增压系统，其特征在于，该第二通风路径在轴向方向上与第二油封接收腔重叠。
9.如权利要求1的增压系统，其特征在于，所述第一通风路径和第二通风路径是笔直相交的第一和第二孔道，所述孔道在2.0毫米和4.0毫米之间。
10.一种用于发动机的增压系统，包括: 具有转子腔和齿轮箱的增压器壳体； 位于该转子腔和该齿轮箱之间的支承板； 构造成由发动机驱动的输入传动轴，所述输入传动轴至少部分地装在该壳体的齿轮箱中； 装在该壳体的转子腔内且至少部分延伸穿过该支承板的第一转子传动轴； 装在该壳体的转子腔内且至少部分延伸穿过该支承板的第二转子传动轴；和在该输入传动轴与所述第一和第二转子传动轴之间传递转矩且至少部分地装在该壳体的齿轮箱中的齿轮组件；其中该支承板包括与该第一转子传动轴的外表面一起限定出第一油封腔的第一环状肩部圆柱面，和与该第二转子传动轴的外表面一起限定出第二油封腔的第二环状肩部圆柱面； 其中该第一转子传动轴限定出第一环状密封环接收槽，所述第一环状密封环接收槽与该第一油封腔同轴布置； 其中该第二转子传动轴限定出第二环状密封环接收槽，所述第二环状密封环接收槽与该第二油封腔同轴布置； 其中所述第一转子传动轴和所述第二转子传动轴相对该支承板转动。
11.如权利要求10的增压系统，其特征在于，还包括位于该第一环状密封环接收槽内的第一密封环和位于该第二环状密封环接收槽内的第二密封环，其中所述密封环、所述环状密封环接收槽以及所述支承板构造成使得在所述密封环的转子腔侧的压力能够达到45psi并且在该密封环的齿轮侧的压力为Opsi。
12.如权利要求10的增压系统，其特征在于，所述支承板包括通风路径，其构造成将空气从该第一环状密封环接收槽和该第一油封腔之间以及从该第二环状密封环接收槽和该第二油封腔之间引导至位于该支承板上的空气出口。
13.如权利要求12的增压系统，其特征在于，还包括将空气从该支承板上的空气出口引入涡轮增压器上游的发动机的导管。
14.如权利要求12的增压系统，其特征在于，还包括将空气从该支承板上的空气出口引入发动机上的排出空气接收位置的导管，其中该排出空气接收位置具有小于2个标准大气压的工作压力。
15.如权利要求12的增压系统，其特征在于，该第一转子传动轴和该第二转子传动轴大致平行，并且构造成驱动安装在其上的一对相互啮合的转子转动。
16.—种为发动机提供增压的方法,包括: 将压缩空气从涡轮增压器引入增压器的转子腔； 驱动第一转子传动轴和第二转子传动轴在转子腔中转动以进一步压缩所述空气； 通过在该转子腔和齿轮组件之间设置油封，限制容纳在增压器的齿轮箱中的齿轮润滑流体进入该转子腔的量；以及 通过将密封环在该转子腔和该油封之间安置在这一对转子传动轴上，限制作用在该油封的转子腔侧的空气压力量。
17.如权利要求16的方法，其特征在于，限制作用在该油封的转子腔侧的空气压力量的步骤包括在该油封和该密封环之间提供空气泄漏。
18.如权利要求17的方法，其特征在于，还包括将空气流从该密封环和该油封之间引导返回发动机中用于燃烧。
19.如权利要求18的方法，其特征在于，包括钻出第一通孔道，所述第一通孔道从支承板的外部在该第一转子传动轴上的密封环和第一油封腔之间的某一位置延伸至环状轴接收开孔。
20.如权利要求19的方法，其特征在于，包括钻出第二通孔道，所述第二通孔道从支承板的外部在该第二转子传动轴上的密封环和第二油封腔之间的某一位置延伸至环状轴接收孔，其中该第一通孔道和该第二通孔道在第一交点处相交。
21.如权利要求20的方法，其特征在于，包括钻出第三孔道以及钻出第四孔道，所述第三孔道从支承板的外部延伸至该第一交点，所述第四孔道从支承板的外部延伸出来并与第三孔道相交 。
【文档编号】F04C27/00GK104047707SQ201410141375
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年3月11日 优先权日:2013年3月11日
【发明者】D·R·奥文加, P·J·麦克威廉姆斯 申请人:伊顿公司