具有泄漏机构的罗茨式风机的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及罗茨式风机(Roots-type blowers)，尤其涉及叶片为扭曲形的罗茨式风机。这样的罗茨式风机通常用于在一些应用中泵送大量空气，例如对车辆的内燃发动机升压或增压。
【背景技术】
[0002]在车辆发动机的应用中，罗茨式风机增压器用于输送大量的空气到发动机的燃烧室。输送的空气量大于发动机的排量，因此增加了燃烧室内部的气压，这导致更大的发动机输出功率。
[0003]罗茨式风机是一种容积式叶片泵(positive displacement lobe pump)，其通过设置在交叠转子室内的一对相互啮合的叶形转子来泵送流体进行工作。流体被收集在环绕叶片的穴中，并从入口侧传送到出口侧。
[0004]现代罗茨式风机通常具有扭曲叶片(twisted lobes)，即转子叶片相对转子的轴向限定了大于零度的螺旋角(helix angle)。罗茨式风机另一个重要的参数是每个叶片的扭转角(twist angle)，即当沿着叶片从转子的一端行进到转子的另一端时角位移的程度。
[0005]罗茨式风机早为人知的问题是它们产生高能级的脉动噪声。如在US2006/0263230A1中公开的，可以通过增大叶片的螺旋角来减小噪声。大的螺旋角使得当转子旋转时叶片啮合而形成“通气孔(blowholes) ”。通气孔允许相邻穴中的流体连通，其使得在打开出口之前压力平衡。已知压力平衡可减少空气紊流(脉动)并因此减小脉动噪声。
[0006]然而，即使具有很多通气孔，但罗茨式风机仍然可能产生大量噪声。尤其是，如果在低发动机转速下艰难运转，罗茨式风机可能在车辆内引起大量噪声干扰，这是因为发动机在低速时不能产生充足的噪声将来自罗茨式风机的噪声淹没。
[0007]因此需要改进罗茨式风机，至少部分地消除上述不足。
【发明内容】
[0008]本发明的一个目的是提供具有减小的NVH(noise vibrat1n harshness，噪声、振动、不平顺性)水平的罗茨式风机。该目的由权利要求1和10限定的特征实现。
[0009]本发明涉及罗茨式风机。该风机包括限定第一和第二横向交叠的圆柱形腔室的壳体，且该壳体包括第一端壁和第二端壁。该壳体限定邻近所述第一端壁的至少一个入口和邻近所述第二端壁的至少一个出口。该风机还包括分别设置在所述第一和第二圆柱形腔室中的相啮合的第一和第二叶形转子。每个转子包括多个叶片。每个叶片具有与第一和第二端壁密封配合的第一和第二轴向面对端面以及与所述圆柱形腔室密封配合的顶接触部。每个叶片还使其第一和第二轴向面对端面限定了扭转角和螺旋角。该风机还包括多个控制容积，用于将流体从所述至少一个入口输送到所述至少一个出口。每个控制容积由其中一个转子上的一对相邻的叶片、至少一个圆柱形腔室、第一端壁、和/或第二端壁限定。该风机还具有用于在相邻的控制容积之间实现流体泄漏的泄漏机构。泄漏机构包括与第一和第二转子的叶片啮合相关地形成在圆柱形腔室内的通气孔。
[0010]根据本发明的一个方面，罗茨式风机包括至少一个回流槽形式的附加泄漏机构，其延伸穿过每个圆柱形腔室的壳体壁，用于在所述至少一个出口的边界被所述控制容积的前导叶片(lead lobe)的顶接触部横过之前，实现流体从所述至少一个出口的下游泄漏进入控制容积。
[0011]在风机运行过程中，由于风机的泵送效应，出口下游的流体压力通常显著大于入口的流体压力。控制容积内的流体压力因此也会显著小于出口下游的压力。当控制容积朝出口打开时，高压流体将迅速流进控制容积从而产生紊流和噪声。具有通气孔作为泄漏机构的罗茨式风机，在朝出口打开之前，在相邻的控制容积之间提供了一定程度的压力平衡。然而，已经发现，仅利用通气孔作为泄漏机构的罗茨式风机存在压力平衡不充分的问题。即使当使用相当高的扭转角(例如至少90度)时，仍然会产生不充分的压力平衡，由此增加的扭转角因为一些原因导致内部泄漏增加。例如，通过保持转子和壳体长度，保持转子速度而仅增加扭转角，在风机中通常同时存在增大数量的通气孔，延长每个通气孔的存在时间，且由于每个控制容积内的轴向空气速度减小，在入口处不大可能产生真空，使得能实现在每个控制容积增加气压和减小紊流。根据本发明的提供至少一个附加泄漏机构的优势在于，在朝出口打开之前相邻控制容积之间的压力平衡被进一步改善，使得进一步减小了由罗茨式风机产生的NVH水平。
[0012]根据本发明的另一个方面，罗茨式风机包括用于在相邻的控制容积之间实现流体泄漏的泄漏机构，其中所述泄漏机构包括设置在第二端壁中的至少一个排放凹陷，且其中所述排放凹陷在叶片的第二轴向面对端面和第二端壁之间提供通道，使得流体能在相邻的控制容积之间泄漏。这种解决方案，技术不同但表现出基本上相同的技术效果、解决基本上相同的问题，同样在朝出口打开之前在相邻的控制容积之间提供了压力平衡，从而也具有减小的NVH水平。排放凹陷的尺寸、形状和位置可根据具体的情况选择以获得噪声衰减和泵送效率的期望的平衡。排放凹陷和回流槽不是相互排斥的，而是可以用于同一个风机。
[0013]通过实施从属权利要求的一个或更多个特征，可实现进一步的优势。
[0014]在本发明的一个方面中，附加泄漏机构包括至少一个独立的回流槽，回流槽设置在壳体的壁中位于轴向延伸的中心线的每一侧。回流槽是壳体中的开口。在控制容积朝出口打开之前，至少一个回流槽允许控制容积与回流管中的压力至少部分地平衡。因此，在朝出口打开之前，上述压力差减小，这导致噪声减小。
[0015]此外，通过为每一个圆柱形腔室提供至少一个独立的回流槽，能消除由回流槽导致的工作腔室之间的任何相互影响。
[0016]所述至少一个回流槽的设计，例如数目、尺寸、形状和位置，可根据具体的风机设备变化以将噪声最小化。具体设备可以是例如具体的车辆模型。每一个车辆模型的具体设计决定了车辆内部的声响效果。通常，一些频率的声音相当快地衰减消失，而其它一些频率的声音历时长久或甚至放大。由罗茨式风机产生的噪声的基调的频率与转子的旋转频率对应。也产生了若干个倍频，即基频的倍数。所述至少一个回流槽的尺寸、形状和位置对产生哪些倍频及达到什么程度有影响。因此，回流槽可设计为除去在具体设备中有可能会长久的或甚至放大的某些倍频。
[0017]所述至少一个回流槽可具有基本上是矩形的形状。所述至少一个回流槽可具有细长的形状，长度在3-25mm的范围内，优选在4_20mm的范围内，更优选在4_15mm的范围内。
[0018]附加泄漏机构可包括设置在中心线每一侧上的至少两个独立的回流槽，更优选的是设置在中心线每一侧上的至少三个独立的回流槽。提供很多回流槽使得更多流体泄漏，因此实现更好的压力平衡。替代性的，大尺寸的一个或几个回流槽可用于替代多个较小的回流槽。然而，壳体中的设计元件(例如加强线)可能阻碍大回流槽的使用，而较小的回流槽容易适配在阻碍的设计部件之间。
[0019]中心线任一侧上的独立的回流槽优选布置为沿着相对壳体纵向具有