CN107690517A - 具有使用压入配合的短轴的转子的增压器 - Google Patents

Abstract

一种根据本公开的一个实例构建的增压器包含外壳、第一转子、第二转子及转子轴组合件。所述第一转子和所述第二转子容纳于所述外壳的圆柱形重叠室中。所述第一转子具有中心纵向通道。所述转子轴组合件可旋转地支撑所述第一转子且包含第一转子轴和独立且相异的第二转子轴。所述第一转子轴和所述第二转子轴压入配合到所述第一转子中所界定的所述中心通道中。

Description

具有使用压入配合的短轴的转子的增压器

相关申请的交叉引用

本申请主张2015年6月11日提交的美国专利申请第62/174,125号及2015年6月11日提交的美国专利申请第62/174,513号的权益。以上申请的公开内容以引入的方式并入本文中。

技术领域

本公开大体上涉及增压器，并且更确切地说，涉及并入压入配合到转子轴中的短轴的增压器。

背景技术

本公开涉及的旋转式鼓风机的类型称作“增压器”因为它们有效地超级填充引擎的进气口。一种增压器配置通常称作Roots型鼓风机，其将空气的体积从入口端转移到出口端。Roots型鼓风机包含一对必须相对于彼此定时的转子并因此可由网状的时序齿轮传动。通常，对用于Roots鼓风机增压器的滑轮及皮带布置进行大小设定以使得转移到进气口歧管中的空气量在任何给定引擎速度下大于引擎的瞬时排量，由此增加进气口歧管内的气压并增加引擎的功率密度。

在一种传统增压器配置中，每一转子在组装过程期间压入配合到对应转子轴上。压入配合产生转子的前端上的第一压入配合和转子的后端上的第二压入配合。在一些实例中，Roots型鼓风机可经受由前及后压入配合的相互作用造成的“微动(inching)”。转子微动发生在转子在轴上由于转子与转子轴之间的介面处经受的热负载轴向移动时。如果转子轴轴向增大，那么可发生微动，但在转子开始冷却之后，转子轴压入配合的后段与前转子相比具有更高夹持力。这可使得后压入位置仍固定到转子轴，而转子的前区在转子热收缩期间沿转子轴滑动。这产生转子朝向转子轴的后段的净移动。

可由转子和其转子轴经受的另一不利特性是转子“弹出(pop)”。转子“弹出”可由突然释放转子内部的残余应力造成，所述残余应力由转子及转子轴介面上的前及后压入配合的相互作用造成。这现象常常产生可听的“弹出”噪音并可使得转子以物理方式移动。转子“弹出”常常发生在固化处理转子涂层期间，其中转子进行热处理。如果“弹出(popping)”发生于涂层完全固化在转子表面上之前，那么转子涂层可发生损坏。在转子涂层固化之前已“弹出”的转子可需要移除涂层并再涂覆转子。期望的是减少或消除“微动”及转子“弹出”的发生。

本文中提供的背景描述是出于大体上呈现本公开的上下文的目的。当前提出的发明人的工作在此背景技术部分中描述的程度上以及在提交时并未具有作为现有技术的资格的描述的方面既不明确地也不隐含地被承认作为针对本公开的现有技术。

发明内容

一种根据本公开的一个实例构建的增压器包含外壳、第一转子、第二转子及转子轴组合件。第一和第二转子容纳于外壳的圆柱形重叠室中。第一转子具有中心纵向通道。转子轴组合件可旋转地支撑第一转子并包含第一转子轴和独立且相异的第二转子轴。第一和第二转子轴压入配合到第一转子中所界定的中心通道中。

根据另外的特征，第一和第二转子轴可为短轴。第一和第二转子轴可在中心纵向通道中彼此偏移。根据其它特征，增压器可包含设置在外壳中的前轴承，所述外壳支撑第一转子轴。第二轴承可设置在支撑所述第二转子轴的所述外壳中。第一转子轴可包含第一***部分、中间密封接合部分、前轴承接合部分及隔离器接合部分，所述第一***部分由所述中心纵向通道容纳，所述中间密封接合部分配置成由密封件接合，所述前轴承接合部分由前轴承支撑，所述隔离器接合部分配置成接合定时齿轮。

在其它特征中，第二转子轴可包含第二***部分及后轴承接合部分，所述第二***部分由中心纵向通道容纳，所述后轴承接合部分由后轴承支撑。第二转子轴包含第二径向轴环，所述第二径向轴环尺寸设定成嵌套容纳于第一转子中所界定的埋头孔。埋头孔可具有第一内径。中心纵向通道可具有第二内径。第一内径可大于第二内径。第一***部分可包含直线滚花特征。

根据其它特征，增压器可进一步包括共同地由第一通道、第二通道及第三通道形成的通风口配置。第一通道可在第一转子轴中界定。第二通道可在第二转子轴中界定。第三通道可通过外壳界定。空气可通过通风口配置朝向增压器的入口引导。前转子轴密封件可密封地接合第一转子轴。第一通道可将转子轴的外表面与第一转子轴的内部孔连接。第二通道可将第二转子轴的外表面与第二转子轴的内部孔连接。

根据本公开的另外特征构建的增压器可包含外壳、第一转子与第二转子及转子轴组合件。第一和第二转子可容纳于外壳的圆柱形重叠室中。第一转子可界定中心纵向通道。转子轴组合件可支撑第一转子。第一转子轴可具有第一***部分及中间密封接合部分，所述第一***部分由中心纵向通道容纳，所述中间密封接合部分配置成由密封件接合。前轴承接合部分可由前轴承支撑。隔离器接合部分可配置成接合定时齿轮。独立并不同于第一转子轴的第二转子轴可具有第二***部分及后轴承接合部分，所述第二***部分由中心纵向通道容纳，所述后轴承接合部分由后轴承支撑。

在其它特征中，第一和第二转子轴可压入配合到第一转子中所界定的中心纵向通道中。埋头孔可具有第一内径且中心纵向通道可具有第二内径。第一内径可大于第二内径。

根据其它特征，增压器可进一步包括共同地由第一通道、第二通道及第三通道形成的通风口配置。第一通道可在第一转子轴中界定。第二通道可在第二转子轴中界定。第三通道可通过外壳界定。空气可通过通风口配置朝向增压器的入口引导。前转子轴密封件可密封地接合第一转子轴。第一通道可将转子轴的外表面与第一转子轴的内部孔连接。第二通道可将第二转子轴的外表面与第二转子轴的内部孔连接。

附图说明

根据具体实施方式及随附图式，将更完全地理解本公开，其中：

图1为具有根据本公开的一个实例构建的正排量鼓风机或增压器的进气口歧管组件的示意性图示；

图2为根据本公开的一个实例的具有压入配合短轴的增压器转子的横截面视图；及

图3为并入图2中所示出的压入配合短轴并且进一步并入高压密封通风口配置的增压器的横截面视图。

具体实施方式

首先参看图1，示出包含Roots鼓风机、增压器及旁路阀布置的示范性进气口歧管组合件的示意性图示。引擎10可包含多个圆筒12及往复式活塞14，所述往复式活塞设置在每一圆筒内且界定可扩展燃烧室16。引擎10可分别包含进气口和排气歧管组合件18和20，供用于分别通过进气口22及排气阀24将燃烧空气导向到燃烧室16及从所述燃烧室导向。

进气口歧管组合件18可包含正排量鼓风机26或Roots型的增压器。旋转式鼓风机26的其它描述可在共同拥有的美国专利第5,078,583号和第5,893,355中找到，其明确地以引用的方式并入本文中。鼓风机26包含一对转子28和29，其中的每个包含多个网状的凸角。转子28和29分别设置在一对平行的横向重叠圆柱形室28c和29c中。转子28和29可通过以已知方式传输到其上的引擎曲轴扭矩机械地传动，如通过传动皮带(未具体地示出)。机械传动以相对于曲轴速度固定的比率旋转鼓风机转子28和29，使得鼓风机26的排量大于引擎排量，由此升压或增压流动到燃烧室16的空气。

增压器26可包含入口端30，其接收来自入口管道或通道32的空气或空气-燃料混合物，并且进一步包含排出口或出口端34，其将填充的空气借助于管道36导向到进气口阀22。入口管道32和排出口管道36借助于旁路通道互连，参考38示意性地示出。如果引擎10为奥托循环(Otto cycle)类型，那么节流阀40可以熟知的方式控制空气或空气-燃料混合物从来源(如环境或大气空气)流入进气口管道32。可替换的是，节流阀40可设置在增压器26的下游。

旁路阀42设置在旁路通道38内。旁路阀42可借助于致动器组合件44在敞开位置与闭合位置之间移动。致动器组合件44可通过真空管线46响应于入口管道32中的流体压力。致动器组合件44用来根据引擎功率要求控制排出口管道36中的增压压力。当旁路阀42在完全敞开位置中时，管道36中的气压相对低，但是当旁路阀42完全闭合时，管道36中的气压相对高。通常，致动器组合件44借助于合适的连杆控制旁路阀42的位置。在本文中示出且描述的旁路阀42仅为示范性的，并且涵盖其它配置。在这点上，可使用模组(一体式)旁路、用电子方式操作的旁路或不使用旁路。

现特别参看图2，将更详细地描述增压器26的另外特征。根据本公开的增压器26包含转子轴组合件100，所述转子轴组合件包括第一(前)转子轴102及第二(后)转子轴104。第一转子轴102和第二转子轴104为压入配合到通过转子28所界定的中心纵向通道110中的短轴。如本文中将可以了解，虽然典型的转子轴延伸穿过整个转子，但转子轴组合件100的独立第一转子轴102和第二转子轴104为独立并相异的结果，实现多个优点。分轴设计使得独立第一转子轴102和第二转子轴104上的压入配合直径解耦。因为解耦轴102及104，所以可消除“微动”及转子“弹出”。在另一优点中，增压器的质量可通过并入两个短轴而不是一个连续轴来减小。

以下论述是针对转子轴组合件100，所述转子轴组合件配置成用于支撑转子28且具有第一转子轴102和第二转子轴104。应了解，提供另一转子轴组合件供用于支撑转子29，所述另一转子轴组合件具有第一及第二压入配合短轴。在这点上，增压器26将并入两对短轴。

第一转子轴102可大体包含第一***部分120、中间密封接合部分122、前轴承接合部分124及定时齿轮附接部分128。涵盖其它配置。中间密封接合部分122转换成第一径向轴环130处的第一***部分120。在一个配置中，可热处理中间密封接合部分122。齿轮附接部分128可用于耦接定时齿轮。第一径向轴环130可接合转子28以帮助将第一转子轴102压入配合到转子28的中心纵向通道110中。第一***部分120可进一步并入用于另外的扭转固持的直线滚花特征134。中心纵向通道110的内径足以保持第一***部分120处的第一转子轴102的固持。因而设计第一***部分120供用于将转子28固持到第一转子轴102上。此外，因为中心纵向通道110保持中空(在转子轴不占据空间的情况下)，减少在转子28处以其他方式经受的来自连续固体轴的应力中的一些。

第二转子轴104可大体包含第二***部分140和后轴承接合部分142。第二转子轴104可包含第二径向轴环146，所述第二径向轴环可设定尺寸来嵌套容纳在转子28中所界定的埋头孔150处。埋头孔150可具有大于中心纵向通道110的内径的内径。第二***部分140可配置成也压入配合到中心通道110中。在热膨胀期间，因为第一转子轴102和第二转子轴104为独立并相异的，所以转子28的任何增大将不促使第一转子轴102或第二转子轴104中的任一个的压入配合解耦。增大可大体发生在转子28的中心区段中。在现有技术实例中，转子28与连续转子轴的后介面这样使得准许后介面处的转子的相对移动，影响上文所描述的“微动”。并入独立轴102、104的本发明的设计阻止此类行为。

在另一优点中，当根据现有技术将单个转子轴组装到转子上时，前及后转子介面处的相互作用需要基本上是同时的。在具有独立轴102、104的本发明配置中，压入配合顺序不必同时发生。不同地解释，第一轴102可压入配合到纵向通道110中，并且其后第二轴104可压入配合到纵向通道110中(或反之亦然)。

现另外参看图3，将描述增压器26的另外特征。增压器26可具有界定重叠圆柱形室28c及29c的外壳170。第一转子轴102和第二转子轴104可由前轴承180及后轴承182处的外壳170旋转地支撑。

隔离器或耦接组合件186将输入轴190耦接到第一转子轴102。在一个实例中，第一轮毂192可将输入轴190耦接到第一端上的隔离器组合件188，并且第二轮毂194可将第一转子轴102耦接到相对端上的隔离器组合件186。第一定时齿轮191可安装在转子轴102的前端上。第一定时齿轮191可界定轮齿，所述轮齿与第二定时齿轮(未具体示出)的齿轮齿呈网状的接合，所述第二定时齿轮安装在与第二转子29相关的转子轴组合件(未具体示出)上。第二转子轴组合件因而将与鼓风机转子29呈传动接合。应了解，图3中所示出的隔离器组合件186仅为示范性的，并且其它隔离器可用于耦接输入轴190及第一转子轴102。

在一个配置中，正扭矩由任何合适的传动构件(如包括皮带和滑轮传动***)从内燃发动机(周期燃烧型的)传输到输入轴190。扭矩通过隔离器组合件186从输入轴190传输到转子轴组合件100。隔离器组合件186可提供扭转及轴向阻尼技术且可进一步考虑输入轴190与第一转子轴102之间的未对准。当引擎正在传动定时齿轮和鼓风机转子28和29时，此类视为正扭矩的传输。另一方面，只要转子28和29的动量超出来自输入轴的输入，此类视为负扭矩的传输。

继续参看图3，将描述外壳170的另外特征。外壳170可大体界定轴承空腔202、密封接收空腔204及转子空腔206。轴承空腔102定位在隔离器组合件186与密封接收空腔204中间。轴承空腔102容纳前轴承180。密封接收空腔204容纳前转子轴密封件210。转子空腔206容纳转子28及29。外壳170可进一步界定容纳后轴承182的后轴承空腔218。

现将描述增压器26的另外特征。增压器26并入通风口配置230。如本文中将进一步解释，通风口配置230将空气经过密封件210引导回增压器26的入口通道32(图1)，所述空气可从转子空腔206逸出。在这点上，可抑制外部泄漏。另外，可避免与外部套管相关的另外成本。通风口配置230包含：(i)第一转子轴102中所界定的第一通道250，(ii)第二转子轴104中所界定的第二通道252及(iii)通过邻近后轴承182的外壳170所界定的第三通道254。

第一通道250将第一转子轴102的外表面与第一转子轴102的内部孔256连接。第二通道252将第二转子轴104的外表面与第二转子轴104的内部孔258连接。流动路径270可通过第一转子轴102的第一通道250、通过内部孔256、沿转子28的中心纵向通道110、通过第二转子轴104的内部孔258、通过第二通道252、通过第三通道254以及朝向增压器的入口通道32实现。

第一通道250可为横向钻孔到第一转子轴102中的馈线孔。第二通道252可为钻孔到第二转子轴104中的出口孔。涵盖其它配置。

已出于说明和描述的目的而提供了对实例的前述描述。不意欲是穷尽性的或限制本公开。具体实例的单独元素或特征大体不限于所述具体实例，但是在可适用时可互换并且可用于所选择的实例，即使未具体地示出或描述。其还可以多种方式进行变化。此类变化形式不欲视为脱离本公开，并且所有此类修改都意欲包含在本公开的范围内。

Claims (20)

1.一种增压器，包括：

外壳；

第一转子及第二转子，容纳于所述外壳的圆柱形重叠室中，所述第一转子具有中心纵向通道；及

转子轴组合件，能够旋转地支撑所述第一转子且包含第一转子轴和独立且相异的第二转子轴，其中所述第一转子轴和所述第二转子轴压入配合到所述第一转子中所界定的所述中心纵向通道中。

2.根据权利要求1所述的增压器，其中所述第一转子轴和所述第二转子轴是短轴。

3.根据权利要求1所述的增压器，其中所述第一转子轴和所述第二转子轴在所述中心纵向通道中彼此偏移。

4.根据权利要求1所述的增压器，进一步包括：

前轴承，设置在支撑所述第一转子轴的所述外壳中；

后轴承，设置在支撑所述第二转子轴的所述外壳中。

5.根据权利要求4所述的增压器，其中所述第一转子轴包含第一***部分、中间密封接合部分、前轴承接合部分及隔离器接合部分，所述第一***部分由所述中心纵向通道容纳，所述中间密封接合部分配置成由密封件接合，所述前轴承接合部分由所述前轴承支撑，所述隔离器接合部分配置成接合定时齿轮。

6.根据权利要求5所述的增压器，其中所述第二转子轴包含第二***部分及后轴承接合部分，所述第二***部分由所述中心纵向通道容纳，所述后轴承接合部分由所述后轴承支撑。

7.根据权利要求6所述的增压器，其中所述第二转子轴包含第二径向轴环，所述第二径向轴环尺寸设定成嵌套容纳于所述第一转子中所界定的埋头孔处。

8.根据权利要求7所述的增压器，其中所述埋头孔具有第一内径，且所述中心纵向通道具有第二内径，且其中所述第一内径大于所述第二内径。

9.根据权利要求5所述的增压器，其中所述第一***部分并入直线滚花特征。

10.根据权利要求1所述的增压器，进一步包括由以下共同形成的通风口配置：

第一通道，界定于所述第一转子轴中；

第二通道，界定于所述第二转子轴中；及

第三通道，通过所述外壳界定，其中空气通过所述通风口配置朝向所述增压器的入口引导。

11.根据权利要求10所述的增压器，进一步包括密封地接合所述第一转子轴的前转子轴密封件。

12.根据权利要求10所述的增压器，其中所述第一通道将所述第一转子轴的外表面与所述第一转子轴的内部孔连接。

13.根据权利要求10所述的增压器，其中所述第二通道将所述第二转子轴的外表面与所述第二转子轴的内部孔连接。

14.一种增压器，包括：

外壳；

第一转子及第二转子，容纳于所述外壳的圆柱形重叠室中，所述第一转子界定中心纵向通道；及

转子轴组合件，能够旋转地支撑所述第一转子且包括：

第一转子轴，具有第一***部分、中间密封接合部分、前轴承接合部分及隔离器接合部分，所述第一***部分由所述中心纵向通道容纳，所述中间密封接合部分配置成由密封件接合，所述前轴承接合部分由所述前轴承支撑，所述隔离器接合部分配置成接合定时齿轮；及

第二转子轴，独立且不同于所述第一转子轴，所述第二转子轴具有第二***部分及后轴承接合部分，所述第二***部分由所述中心纵向通道容纳，所述后轴承接合部分由所述后轴承支撑。

15.根据权利要求14所述的增压器，其中所述第一转子轴和所述第二转子轴压入配合到所述第一转子中所界定的所述中心纵向通道中。

16.根据权利要求15所述的增压器，其中所述埋头孔具有第一内径，且所述中心纵向通道具有第二内径，且其中所述第一内径大于所述第二内径。

17.根据权利要求14所述的增压器，进一步包括由以下共同形成的通风口配置：

第一通道，界定于所述第一转子轴中；

第二通道，界定于所述第二转子轴中；及

第三通道，通过所述外壳界定，其中空气通过所述通风口配置朝向所述增压器的入口引导。

18.根据权利要求17所述的增压器，进一步包括密封地接合所述第一转子轴的前转子轴密封件。

19.根据权利要求17所述的增压器，其中所述第一通道将所述第一转子轴的外表面与所述第一转子轴的内部孔连接。

20.根据权利要求17所述的增压器，其中所述第二通道将所述第二转子轴的外表面与所述第二转子轴的内部孔连接。