罗茨式增压器的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种罗茨式增压器，其包括壳体、第一转子、第二转子、出口体积、传输体积和泄放口。壳体包括内部腔室、进口和出口。第一转子和第二转子分别具有多个叶片。出口体积基本上界定在出口、第一转子、第二转子和壳体的内部腔室之间。传输体积基本上界定在第一转子、第二转子和壳体的内部腔室之间。泄放口适合于至少在部分传输体积循环期间流体地连接出口体积与传输体积。可变泄放口可包括围绕枢轴枢转或沿着滑道滑动的板。该板可以是弧形的并且可围绕其中一个转子的中心线形成弧形。该板可位于操作腔内。操作腔可以限定在壳体内并位于支承板和壳体的主壳体之间。
【专利说明】罗茨式增压器
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2013年3月15日提交的美国专利申请序列号61/794，817的优先权，其公开内容作为引用全部并入本文。
【技术领域】
[0003]本实用新型涉及罗茨式增压器。更具体地，本实用新型涉及罗茨式增压器的降噪和主动调节。
【背景技术】
[0004]增压器可提高内燃机的性能。对于没有增压或低增压的中至高速状态，罗茨式增压器会在每个转子传输体积(transfer volume)内在进口对面出现高压区。当此传输体积向出口开放时，此高压区可能在出口处产生不希望有的噪声级。这样的噪声通常是罗茨式增压器在这些状态下产生的不希望的效果。
实用新型内容
[0005]根据本实用新型的某些方面，一种罗茨式增压器包括壳体、第一转子、第二转子、出口体积(outlet volume)、传输体积和泄放口(bleed port)。该壳体包括内部腔室、进口和出口。第一和第二转子都具有多个叶片。该出口体积基本上界定在该出口、第一转子、第二转子和壳体的内部腔室之间。该传输体积基本上界定在第一转子、第二转子和壳体的内部腔室之间。该泄放口适合于至少在一部分传输体积循环期间流体地连接该出口体积与该传输体积。
[0006]根据本申请的其它方面，一种对内燃机增压的方法，包括提供罗茨式增压器以及通过泄放口将传输体积排向出口体积。罗茨式增压器包括第一转子、第二转子、壳体、出口和泄放口。出口体积基本上界定在出口、第一转子、第二转子和壳体的内部腔室之间。传输体积基本上界定在第一转子、第二转子和壳体的内部腔室之间。
[0007]在某些实施例中，泄放口是可变泄放口。在其它实施例中，泄放口可以是固定泄放口。可变泄放口可以由致动器控制。致动器可包括马达。致动器可以由控制器控制。可变泄放口可包括环形部，该环形部的中心线偏离第一转子和第二转子中的相应转子的中心线。可变泄放口可包括环形部，该环形部的中心线与第一转子和第二转子中的相应转子的中心线共线。
[0008]在某些实施例中，可变泄放口包括枢转的板。在某些实施例中，该板具有弧形形状。该弧形形状可以围绕转子的中心线形成弧形。该板可以位于操作腔内。操作腔可限定在壳体内。操作腔可以限定在支承板与壳体的主壳体之间。
[0009]在随后的说明中将阐述各个其它方面。这些方面可能涉及单独的特征和特征的组合。应理解的是，前面的概述及随后的详细描述仅仅是示范性和说明性的，不是对宽泛概念的限制，本文公开的实施例是以这些宽泛概念为基础的。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1是根据本实用新型原理的罗茨式增压器的立体图；
[0011]图2是图1的立体图，但是为分解图；
[0012]图3是图1的立体图，但是被剖开并通过包括一对转子的中心线的平面；
[0013]图4是图3的放大部分；
[0014]图5是图2的分解立体图，但是被剖开并通过包括该对转子的中心线的平面；
[0015]图6是图1的罗茨式增压器的另一立体图，示出罗茨式增压器的进口和出口 ；
[0016]图7是图6的立体图，但是被剖开并通过垂直于转子中心线的平面，并且通过罗茨式增压器的可变出口，该可变出口示为处于非泄放构型；
[0017]图8是图1的罗茨式增压器的局部立体图，示出一对传动齿轮和出口 ；
[0018]图9是具有图8的方位和比例的又一立体图，但是被剖开并通过图7的剖面，图7所示的处于非泄放构型的可变出口；
[0019]图10是图7的剖视立体图，但是，可变出口的可变泄放口处于基本打开的构型；
[0020]图11是图9的剖视立体图，但是，可变泄放口处于图10的基本打开的构型；
[0021]图12是图1的罗茨式增压器的局部侧视图；
[0022]图13是图1的罗茨式增压器的端向横截面图，如图12所示，其中可变泄放口处于图7的非泄放构型；
[0023]图14是图13的端向横截面图，但是，可变泄放口处于图10的基本打开的构型；
[0024]图15是根据本实用新型原理的罗茨式增压器的一对转子和支承板的立体图，该罗茨式增压器包括一对固定的泄放口；
[0025]图16是图15的立体图，但是为分解图；
[0026]图17是根据本实用新型原理的另一罗茨式增压器的立体图；
[0027]图18是图17的立体图，但是被剖开并通过垂直于转子中心线的平面，并且通过罗茨式增压器口的可变出口，该可变出口示为处于非泄放构型；
[0028]图19是图18的剖视立体图，但是，可变出口的一对可变泄放口处于打开构型；
[0029]图20是图17的罗茨式增压器的一对转子和支承板的立体图，支承板包括图19的该对可变泄放口，它们处于图18的非泄放构型；
[0030]图21是图20的立体图，但是，该对可变泄放口处于图19的打开构型；和
[0031]图22是图20的该对转子和支承板的端视图，其中，该对可变泄放口处于图19的打开构型。
【具体实施方式】
[0032]根据本实用新型的原理，一种罗茨式增压器包括至少一个泄放口，其可用来降低罗茨式增压器产生的噪声。附图中示出了三个示范实施例。图1-14示出的罗茨式增压器100包括至少一个泄放口 600，其可用来降低罗茨式增压器100产生的噪声。与罗茨式增压器100相似的罗茨式增压器的支承板160’包括至少一个泄放口 600’，其可用来降低罗茨式增压器产生的噪声，并且在图15和16中示出。图17-22示出的罗茨式增压器1100包括至少一个泄放口 1600，其可用来降低罗茨式增压器1100产生的噪声。特别地，图中描述的这些实施例包括一对泄放口 600、600’、1600。如所示，罗茨式增压器100、1100包括出口 150、1150，并且出口 150、1150的至少一部分152、1152包括在第一支承板160、160’、1160上。如所示，第一支承板160、160’ ,1160进一步包括泄放口 600、600’ ,1600的至少一部分652、652’、1652。如所示，第一支承板160、160，,1160可从主壳体190、1190拆下。泄放口 600、600’ ,1160限定在第一支承板160、160’ ,1160与主壳体190、1190之间。第一支承板160、160’ ,1160和主壳体190、1190组装在一起可以形成壳体组件120、1120的至少一部分。
[0033]壳体组件120、1120包括内部腔室130。壳体组件120、1120进一步限定了进口140。如所示，进口 140限定在第二支承板180上。如所示，第二支承板180与主壳体190、1190集成(即，成一体)。第一支承板160、160’ >1160和第二支承板180可旋转地支撑第一转子200和第二转子300。转子200、300均包括多个叶片210、310。第一转子200的多个叶片210大致在内部腔室130的第一部分132内旋转，第二转子300的多个叶片310大致在内部腔室130的第二部分133内旋转。所述多个叶片210的末端220通常在与内部腔室130的第一部分132具有紧密间隙的情况下运转。同样地，第二转子300的所述多个叶片310的末端320通常在与内部腔室130的第二部分133具有紧密间隙的情况下运转。这种紧密间隙基本上相对于同一叶片的后缘部密封所述多个叶片210、310的前缘部。
[0034]所述多个叶片210在它们的一部分旋转期间还啮合所述多个叶片310。多个第一叶片210和多个第二叶片310在啮合时大致彼此密封。所述多个叶片210和310还大致与第一支承板160、160’ ,1160密封。特别地，第一转子200的第一端202和第二转子300的第一端302大致与第一支承板160、160’ ,1160密封。同样地，第一转子200的第二端204大致与第二支撑板180密封，第二转子300的第二端304也大致与第二支承板180密封。
[0035]出口体积400(参见图1和17)基本上界定在出口 150、1150、第一转子200、第二转子300和壳体120、1120的内部腔室130之间。内部腔室130包括第一支承板160、160’、1160和第二支承板180的一些部分。当罗茨式增压器100、1100运行时，出口体积400通常处于较高压力。所述较高压力可能造成穿过界定出口体积400的各种密封/紧密间隙的轻微泄漏。如在此使用的，术语〃基本上界定〃包括这些密封/紧密间隙界限，即使可能发生穿过密封/紧密间隙界限的轻微泄漏。
[0036]传输体积500由第一转子200、第二转子300和壳体120、1120的内部腔室130界定。通过所述多个叶片210、310的运动，一旦进口 140关闭，则传输体积500大致形成。当传输体积500 (即，控制体积)由第一转子200与第二转子300的啮合而形成时，进来的流体在转子200、300的轴线方向上产生轴向速度。在传输体积500在进口 140处封闭的情况下，流体在进口 140的对面与出口支承板160、160’、1160碰撞。此区域中的流体停滞(即，速度变为零或接近零)，同时，新的流体会继续进入传输体积500。于是，出口支承板160、160’、1160处的流体的速度从动压转变成静压。第一转子200和第二转子300的旋转速度越高，静压越大。此外，在传输体积500相对于进口 140完全封闭并且向出口 150、1150开放的情况下，随着第一转子200和第二转子300旋转，壳体120的内部腔室130内的传输体积500的容量随着所述多个叶片210与所述多个叶片310的相互啮合而减小。因为罗茨式增压器100、1100所连接的内燃机1000(参见图13)的排量通常小于罗茨式增压器100、1100的排量，因此，这种容量的减小使得传输体积500的压力随着容量的减小而升高。随着第一转子200和第二转子300继续旋转，传输体积500最终离开出口 150、1150。取决于通过出口150、1150的流量，传输体积500内产生的压力(即，一旦传输体积500向出口 150、1150开放时)会变化。
[0037]对于没有增压或具有低增压的中至高速状态，传输体积500向出口 150、1150的排放会在出口 150、1150处产生高噪声级。根据本实用新型的原理，在传输体积500向着出口150、1150常规开放之前，泄放口 600、600’、1600将出口体积400连接至传输体积500。通过传输体积500与出口体积400之间的提早连接，泄放口 600、600’ ,1600由此改变传输体积循环的至少一部分。因为泄放口 600、600’、1600与出口 150相比，其截面面积更小，因此，传输体积500与出口体积400之间的泄放口 600、600’ ,1600的开放不会必然立即将传输体积500的压力降低至出口体积400的压力(例如，出口 150、1150处的压力)。
[0038]在某些实施例中，泄放口 600是可变泄放口，其能够改变泄放口 600向传输体积500开放的开始(onset)。在某些实施例中，泄放口 1600是可变泄放口，其能够改变泄放口1600向传输体积500开放的有效通路面积。在某些实施例中，泄放口 600、1600是可变泄放口，其可改变泄放口的横截面面积并且由此控制在给定压力下通过泄放口 600的流量。
[0039]在某些实施例中，根据与罗茨式增压器100、1100相连的内燃机1000的工作状态来调整泄放口 600、1600。在某些状态下，如图7、9、13、18和20所示，泄放口 600、1600可以基本上关闭并由此基本上不将出口体积400连接到传输体积500。应意识到，可能会出现穿过泄放口 600、1600的轻微泄漏。尽管如此，泄放口 600、1600可以基本是关闭的。在其它工作状态下，尤其是在没有增压或具有低增压的中至高速状态下，可变泄放口 600、1600可以完全打开，如图10、11、14、19、21和22所示。在这些状态下，可以获得穿过传输体积500与出口体积400之间的泄放口 600、1600的在给定压力下的最大流量。
[0040]在其它工作状态下，泄放口 600、1600可以处于关闭位置与完全打开位置之间，如图2所示。由此可调节泄放口 600、1600以调整流量和/或泄放口 600开始向传输体积500开放时的正时。致动器700、1700可以用来驱动端口板(port plate)610、1610的位置并由此打开和关闭泄放口 600、1600。致动器700、1700可进一步调节泄放口 600、1600在打开和关闭位置之间的开放情况/开放度。如图5所示，开口 128(例如，槽缝)可以包括在壳体120内以有助于端口板610在打开位置与关闭位置之间移动时的运动。如图18和19所示，操作腔1128(例如，一对半月牙形腔)可以包括在壳体1120中以有助于端口板1610在打开位置与关闭位置之间移动时的运动。可以设置盖129来封装端口板610并由此保持端口板610和端口板610的驱动器不受污染。盖129进一步防止穿过端口板610的过多压力泄漏，因为，盖129能够有效地密封泄放口 600并由此大致维持压力接近或处于泄放口 600的压力。操作腔1128可以是非贯通的，至少在端口板1610处于关闭位置时，由此防止穿过端口板1610的大量流体泄漏。
[0041]如图9和13所示，致动器700是马达。在某些实施例中，马达700是伺服马达，其主动响应内燃机1000的变化的状态。控制器900可控制马达700。通过响应内燃机1000的状态，罗茨式增压器100、1100随着内燃机1000而连续地调节。
[0042]如所示的，端口板610围绕轴线Ap旋转并且由角变量α限定其位置。如图14所示，当泄放口 600打开很大时，变量α是最大值。如图13所示，当泄放口 600完全关闭时，变量α是最小值。端口板610的轴线Ap偏离第一转子200或第二转子300中的相应转子的轴线Ar。通过使轴线Ap偏离轴线Ar，端口板610能沿着半径Rp摆动并且不会占用环形区域，该环形区域将会在端口板处于完全关闭位置时保持向内部腔室130开放。相反，如图14所示，当端口板610处于打开位置时，半径Rp在存放端口板610的部分处延伸离开内部腔室130。如所示，轴线Ap偏离轴线Ar，在第一方向上是距离Dx，在第二方向上是距离Dy。还如图14所示，第一转子200和第二转子300大致扫过半径Rr。在所示实施例中，半径Rp小于半径Rr。
[0043]如图15和16所示，固定泄放口 600’可以包括在内部腔室130上。如所示的，固定泄放口 600’位于第一支承板160’上。虽然是不可调的，但是固定泄放口 600’不需维护或额外的部件，并由此可被动地将传输体积500排向出口体积400。如图15和16所示，固定泄放口 600’具有恒定的环形横截面，直到到达一个端部，该端部可为球形的反面部分(negative port1n)。在其它实施例中，固定泄放口 600’可包括随着固定泄放口 600’沿着其路径延伸的可变截面面积。例如，固定泄放口 600’可包括扫过半径Rp的形状，该半径Rp偏离半径Rr的距离是Dx和/或Dy。如图14所限定的,偏离值Dx和Dy可以为正和/或负。因此，随着可变泄放口 600’接近出口 150，固定泄放口 600’的截面面积可以增加或减小。在其它实施例中，固定泄放口 600’的半径或其它截面形状可变化，并且由此，在固定泄放口 600’沿着路径扫过时形成用于固定泄放口 600’的可变截面空间。
[0044]在优选实施例中，当传输体积500向进口 140开放时，泄放口 600、600’ ,1600不会向传输体积500开放。在这些实施例中，泄放口 600、600’ ,1600的几何结构和端口板610、1610处于完全打开位置时所占用的存放区的几何结构的选择是受约束的。
[0045]在某些实施例中，泄放口 600、1600的开放度可以在低速运转时减小并且在高速运转时增大。在某些实施例中，泄放口 600、1600可以相对于增压而调节。特别地，较高的增压压力将使泄放口 600、1600朝向关闭位置定位，较低的增压压力将使泄放口 600、1600朝着打开位置定位。在某些实施例中，当选择泄放口 600、1600的打开位置时，速度和增压压力都要考虑。还可选择其它变量来控制泄放口 600、1600。
[0046]在某些实施例中，对应于第一转子200限定第一泄放口 600、1600，并且，对应于第二转子300限定第二泄放口 600、1600。第一和第二泄放口 600、1600可以是基本上彼此镜像的。在某些实施例中，第一泄放口 600、1600和第二泄放口 600、1600可以独立进行调整和/或控制。可以相对于使增压器100、1100的噪声输出最小化来调节泄放口 600、1600。在某些实施例中，可以调节泄放口 600、1600以最大化内燃机1000的总效率。在某些实施例中，可以结合增压器100、1100的进口 140与出口 150、1150之间的旁通阀来调节泄放口
600,1600ο
[0047]现在转到图9-14，将详细描述可变泄放口 600。泄放口 600包括第一泄放口 600Α和第二泄放口 600Β。泄放口 600Α和600Β以及它们各自的组成部分可以是彼此镜像的。如图11所示，泄放口 600Α对应于第一转子200，泄放口 600Β对应于第二转子300。如所示，致动器700包括齿轮702。齿轮702适合于啮合端口板610的扇形齿轮612。通过转动齿轮702，致动器700能够通过改变角度α定位端口板610。端口板610被引导件620引导。引导件620可包括支承板160上的导轨162和端口板610上的相应导轨622。端口板610的运动由此被引导件620引导为围绕轴线Ap旋转。
[0048]端口板610主要或部分在操作腔192内工作。如所示的，操作腔192至少部分地由主壳体190限定。操作腔192可由支承板160的面164(参见图2)和主壳体190的面194(参见图7)界定。操作腔192可以进一步由主壳体190的面196 (例如，圆柱面)和支承板160的面166 (例如，圆柱面)(参见图7和10)界定。一个或多个面166还可以限定导轨162的至少一部分。操作腔192可以进一步由主壳体190的面198 (参见图11)界定。通过端口板610的运动，操作腔192可以可变地向传输体积500开放。操作腔192包括朝向出口 150的开口 199(参见图10)。
[0049]现在转到图18-22，将详细描述可变泄放口 1600。泄放口 1600包括第一泄放口1600A和第二泄放口 1600B。泄放口 1600A和1600B以及它们各自的组成部分可以是彼此镜像的。如图18所示，泄放口 1600A对应于第一转子200，泄放口 1600B对应于第二转子300。如图17所示，致动器1700包括轴1710。轴1710适合于旋转端口板1610的枢轴1610p (参见图22)。通过旋转枢轴1610p，致动器1700能够通过改变角度β定位端口板1610。端口板1610被枢轴1610ρ引导围绕相应轴线Α2、Α3旋转。端口板1610的运动由此被引导为分别围绕轴线Α2或A3旋转。
[0050]端口板1610基本地或部分地在操作腔1128内工作(参见图18)。操作腔1128包括通向出口 1150的通道1128e。端口板1610可以被操作腔1128引导(例如，通过表面接触)。如所示的，操作腔1128至少部分地由主壳体1190限定。操作腔1128可由支承板1160的面1164(参见图22)和与面194类似的主壳体1190的面(参见图7)界定。操作腔1128可以进一步由主壳体1190的面1128o(例如，圆柱面)(参见图18)和支承板1160的面1128i (例如，圆柱面)(参见图22)界定。通过端口板1610的运动，操作腔1128可以可变地向传输体积500开放。操作腔1128包括朝向出口 1150的开口 1199(参见图19)。
[0051]端口板1610包括第一表面1610i，其与面1128i交界并且限定泄放口 1600的一部分。端口板1610包括第二表面1610ο，其与面1128ο交界。端口板1610包括第三表面1610e，其限定端口板1610的一端。第三表面1610e可以限定出口 1150的一部分(例如，当泄放口 1600关闭时,如图18所示)。如所示的,端口板1610包括枢轴1610p。如所示的，该枢轴与第三表面1610e相对。如所示的，端口板1610和操作腔1128限定了扫过角度Y的弧形(参见图22)。角度Y可以选择成使得泄放口 1600在循环的期望时间将出口体积400连接至传输体积500。角度Y的选择可以根据转子200、300上的叶片210、310的数量N0如所示的，轴线A2、A3是相对于壳体1120固定的。在其它实施例中，轴线A2、A3可以移动以进一步调节罗茨式增压器1100。
[0052]在不脱离本实用新型的范围和精神的情况下，本实用新型的各种改型和变化对本领域技术人员来说将是显而易见的，并且，应当理解的是，本实用新型的范围不局限于本文阐述的示例性实施例。
【权利要求】
1.一种罗茨式增压器(100)，其特征在于，包括: 壳体(120)，该壳体包括内部腔室(130)、进口 (140)和出口 (150)； 具有多个叶片(210)的第一转子(200)； 具有多个叶片(310)的第二转子(300)； 出口体积(400)，该出口体积界定在所述出口、所述第一转子、所述第二转子和所述壳体的所述内部腔室之间； 传输体积(500)，该传输体积界定在所述第一转子、所述第二转子和所述壳体的所述内部腔室之间；和 泄放口(600、600’)，所述泄放口适合于至少在部分传输体积循环期间流体地连接所述出口体积与所述传输体积。
2.如权利要求1所述的罗茨式增压器，其特征在于，所述壳体包括第一支承板(160)，该第一支承板限定所述出口的至少一部分(152)。
3.如权利要求2所述的罗茨式增压器，其特征在于，所述第一支承板限定所述泄放口的至少一部分(652)。
4.如权利要求2所述的罗茨式增压器，其特征在于，所述壳体包括第二支承板(180)，所述第二支承板限定所述进口的至少一部分(142)。
5.如权利要求2所述的罗茨式增压器，其特征在于，所述第一支承板能够从所述壳体的主壳体(190)拆下。
6.如权利要求4所述的罗茨式增压器，其特征在于，所述第二支承板与所述壳体的主壳体(190)成一体。
7.如权利要求2所述的罗茨式增压器，其特征在于，还包括齿轮组(800)，该齿轮组适合于驱动所述第一转子和所述第二转子，其中，所述第一支承板容纳所述齿轮组的至少一部分。
8.如权利要求1所述的罗茨式增压器，其特征在于，还包括致动器(700)，其中，所述泄放口是由所述致动器控制的可变泄放口 ￠00)。
9.如权利要求8所述的罗茨式增压器，其特征在于，所述致动器包括马达(700)。
10.如权利要求8所述的罗茨式增压器，其特征在于，所述可变泄放口包括环形部，该环形部的中心线偏离所述第一转子和所述第二转子中的相应转子的中心线。
11.如权利要求10所述的罗茨式增压器，其特征在于，设置端口板(610)的角度(α)来改变所述可变泄放口。
12.如权利要求8所述的罗茨式增压器，其特征在于，还包括控制器，该控制器适合于响应发动机(1000)的工作状态连续地控制所述可变泄放口。
13.如权利要求1所述的罗茨式增压器，其特征在于，所述泄放口是固定泄放口(600')。
14.如权利要求2所述的罗茨式增压器，其特征在于，所述泄放口是固定泄放口(600’)，并且其中，所述第一支承板限定所述固定泄放口的至少一部分(652’)。
15.如权利要求13所述的罗茨式增压器，其特征在于，所述固定泄放口包括环形部，该环形部的中心线偏离所述第一转子和所述第二转子中的相应转子的中心线。
16.如权利要求1所述的罗茨式增压器，其特征在于，所述泄放口包括环形部，该环形部的中心线与所述第一转子和所述第二转子中的相应转子的中心线共线。
【文档编号】F04C29/06GK204152796SQ201420203558
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2014年3月14日 优先权日:2013年3月15日
【发明者】M·G·斯瓦茨兰德尔, J·C·科瓦尔 申请人:伊顿公司