[發明專利]具有可變進氣口幾何結構的旋轉式鼓風機

無效

• 申請號: 201310191495.6
• 申請日: 2013-04-03
• 公開（公告）號: CN103362805A
• 公開（公告）日: 2013-10-23
• 發明（設計）人: K·A·里納斯
• 申請（專利權）人: 伊頓公司
• 主分類號: F04C18/14
• 分類號: F04C18/14;F04C29/12
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所 11247
• 代理人: 厲錦;吳鵬

優先權

本申請是2012年4月5日提交的美國臨時申請61/620533的連續申請。

技術領域

本發明涉及用于內燃機的增壓器。

背景技術

吸氣式發動機的充氣受制于大氣壓下發動機氣缸的容納程度。能通過強迫吸氣來加強充氣，這就是對發動機進氣進行增壓的過程。增壓器就是適于這個目的的壓縮機。

一種類型的增壓器是羅茨型鼓風機。羅茨型鼓風機是具有兩個轉子的旋轉式鼓風機，其中兩個轉子具有嚙合葉片。轉子在具有進口和出口的腔室中旋轉。來自進口的空氣被捕獲在由相鄰的轉子葉片限界的空間內。這些空間被稱為傳送容積(transfer?volume)。被捕獲在一個傳送容積中的空氣從進口向出口轉移。最后，傳送容積朝向出口打開。在傳送容積的限界葉片與相對的轉子的葉片嚙合時，空氣從傳送容積驅出。嚙合迫使空氣通過出口并且防止傳送容積將空氣帶到進口。

羅茨型鼓風機在1860年代被作為鼓風爐的通風裝置提出。在1930年代羅茨型鼓風機被用作增壓器。早期的羅茨型鼓風機采用具有兩個葉片的轉子，其中葉片幾乎沒有螺旋角。進口相對于轉子是徑向的，且出口相對于轉子同樣是徑向的、與進口正對。早期的羅茨型鼓風機具有相對差的熱效率。此后作出了顯著改善并且導致了增壓器在汽車領域中更為廣泛的應用。改善包括三個以及四個葉片的轉子、為轉子提供螺旋彎曲、以及改變鼓風機進出口。進出口方面的改變包括進口穿過鼓風機殼體(102)的軸向端部形成。這些改善的一部分設法最佳化傳送密封時間。

一般而言，對于旋轉式鼓風機，傳送密封時間就是轉子旋轉周期，表示為用角度或弧度來表征的弧度測量，傳送容積與鼓風機進口和出口之間被有效地密封(隔開)。與進口和出口之間有效地密封隔開意味著傳送容積既不直接地與進口或出口連通、也不間接地經由不受限的連通(方式)與其它傳送容積連通，但不排除由于不完全的密封導致的滲漏。傳送密封時間被作為一單值設計參數對待。

美國專利5078583(‘593專利)描述了一種改進的羅茨型鼓風機進口開口。背景部分指出：在低鼓風機速度下增加傳送密封時間改善鼓風機效率、然而在高鼓風機速度下降低傳送密封時間改善鼓風機效率。‘593專利提出了一種能在高速時改善鼓風機性能同時不會降低低速時的性能的進口開口形狀。

過去對增壓器效率的改善使得增壓器在汽車工業中得到廣泛應用。增壓器消耗動力，但它們使得能夠利用較小的發動機并最終提高了燃料經濟性。增壓器仍然消耗了大量的能量并且燃料經濟性始終是一個問題。因此，還需要摸索更有效的增壓器。

進口密封時間為傳送容積與進口連通的時間。進口密封時間通常包括膨脹時間。膨脹時間為一個時間段，在該時間段內傳送容積由于轉子葉片脫離嚙合而吸氣。進口密封時間還包括停留時間。停留時間為一個時間段，在該時間段內傳送容積與進口連通同時完全脫離與相對轉子葉片的嚙合并且不再由于傳送容積的膨脹而吸氣。

發明內容

本發明教導的一方面是一種旋轉式鼓風機，其具有進口適配器來改變進口幾何結構并且因此改變停留時間。致動器構造成在多個位置之間移動進口適配器。在第一位置，進口適配器使得停留時間相對較大。這樣的位置提供了高鼓風機轉速下的最高效率。在第二位置，進口適配器使得停留時間相對較小。這樣的位置提供了低鼓風機轉速下的最高效率。通常有兩個進口適配器，一個與第一轉子協作以及另一個與第二轉子協作。進口適配器能夠被操作，使得相比于具有固定進口幾何結構的鼓風機，這樣的鼓風機在操作范圍內更為有效。

本發明教導的另一方面是一種旋轉式鼓風機，其包括具有進口和出口的腔室。腔室內有具有嚙合葉片的第一和第二轉子。轉子操作從而將流體從進口輸送到出口。提供了進口適配器。進口適配器構造成被致動從而改變進口幾何結構并且由此改變停留時間。

本發明教導的另一方面是一種旋轉式鼓風機，其包括具有進口和出口的腔室、進口適配器以及致動器。腔室內有具有嚙合葉片的第一和第二轉子。鼓風機具有傳送容積，其是相對于相鄰轉子葉片限定的空間。傳送容積具有一面向進口側，其跨越相鄰轉子葉片之間的空間。進口適配器的形狀、尺寸和位置可以在第一轉子每次旋轉期間的至少某一刻完全地密封每個第一轉子傳送容積的面向進口側。進口適配器可以在多個位置之間移動。進口適配器完成傳送容積的面向進口側的密封的角位置隨著進口適配器位置而變化。致動器構造成在鼓風機運行時在多個位置之間移動進口適配器。通常，移動進口適配器會改變停留時間。移動進口適配器還可改變傳送密封時間。