CN103375176A - 具有不平坦叶尖表面的增压器转子及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种增压器组件包括具有内表面的转子壳体。第一和第二转子构造成在壳体内旋转。第一和第二转子都具有多个叶片。第一转子的叶片啮合第二转子的叶片，并且这两个转子的叶片都具有叶尖，叶尖至少限定出与转子壳体的内表面的预定间隙。一个叶尖的至少一部分具有不平坦表面以增强经过预定间隙的空气流的湍流。增强的湍流减慢空气流，由此减少泄漏并且增加增压器组件的效率。一种制造用于增压器组件的转子的方法包括在转子叶片的叶尖中形成至少一个凹部以在叶尖处提供不平坦表面。凹部可以通过在叶片中铣出或模制凹部而形成。

Description

具有不平坦叶尖表面的增压器转子及其制造方法
技术领域
本教导总体上包括增压器组件，其具有带有多个叶片的转子。
背景技术
减小尺寸的能量高效发动机是燃料经济性和成本降低所期望的。较小的发动机提供的扭矩少于较大的发动机。增压器有时用于增大可以从发动机获得的扭矩。在低发动机转速下，当车辆驾驶员常常通过踩下加速踏板来要求较高扭矩时，增压器提供额外的空气给发动机进气歧管，提高空气压力并且由此允许发动机在较低发动机转速时产生较大的扭矩。通过转子的空气泄漏——特别是在低旋转速度时——会大大地降低转子提供发动机增压的能力。
发明内容
一种增压器组件包括具有内表面的转子壳体。第一和第二转子构造成在壳体内旋转。第一和第二转子都具有多个叶片。第一转子的叶片啮合第二转子的叶片，并且这两个转子的叶片都具有叶尖，叶尖至少限定出与转子壳体的内表面的预定间隙。一个叶尖的至少一部分具有不平坦表面以增强经过预定间隙的空气流的湍流。增强的湍流将减慢空气流，由此减少泄漏并增加增压器组件的效率。
一种制造用于增压器组件的转子的方法，包括在转子叶片的叶尖中形成至少一个凹部以在叶尖处提供不平坦表面。凹部可以通过在叶片中铣出或模制凹部而形成。
本教导的上述特征和优点及其它特征和优点通过下面连同附图对实施本教导的最佳模式的详细说明更容易明白。
附图说明
图1是具有带有不平坦表面的转子叶尖的转子的局部立体图的示意图。
图2是根据本教导的替代方面的具有不平坦表面的转子叶尖的局部横截面示意图。
图3是图1的转子叶尖在转子壳体内的局部横截面示意图。
图4是带有一对转子的增压器的局部横截面示意图，其中如图1和3所示的转子叶尖位于转子壳体内。
图5是沿图4的线5-5截取的局部横截面示意图，示出转子室中的转子的端面。
图6是穿过一对转子的啮合部、沿转子壳体中的纵向截取的横截面示意图，这对转子带有图2所示的转子叶尖。
具体实施方式
参照这些附图，其中，在所有这几个视图中，相同的附图标记指代相同的部件，图1示出转子10A，其安装在转子轴12A上并可随之一起旋转。如图4所示，转子10A与安装在转子轴12B上的第二转子10B啮合。转子10A和10B都属于增压器组件13并且支撑在多件式壳体组件15的转子壳体14内，以在由转子壳体14形成的转子室16内旋转。
转子10A、10B都具有多个叶片。如图1所示，转子10A具有多个叶片18A。具体地说，有四个叶片18A，但是，能够改为使用不同数量的叶片，例如三个或五个叶片。如图4所示，每个叶片18A都沿着转子10A的长度从第一转子表面20A(即第一轴向转子表面)到第二转子表面22A(即第二轴向转子表面)沿逆时针方向螺旋扭转，第一转子表面20A和第二转子表面22A位于转子10A的相对的轴向端部23A、25A上。类似地，转子10B具有多个叶片18B，但是叶片18B沿顺时针方向螺旋扭转以啮合叶片18A。叶片18B从第一转子表面20B延伸到第二转子表面22B，第一转子表面20B和第二转子表面22B位于转子10B的相对的轴向端部23B、25B上。图5以端视图示出壳体14内的转子10A、10B。
如图4所示，能够由发动机曲轴直接驱动或通过其它传动装置驱动的输入轴24通过柔性耦合器25连接到第一齿轮26B，第一齿轮26B安装至输入轴24。第一齿轮26B啮合第二齿轮26A(第二齿轮26A安装成随第一轴12A旋转)，使转子10A、10B之间的空气从入口移动到出口(未示出)以提高输送给发动机的空气压力。轴承27和密封件28支撑转子轴12A、12B并且帮助封闭转子10A、10B。在相对端部的附近处，转子10A、10B由另一轴承29支撑。
增压器组件13内的空气泄漏降低了增压器组件13的效率。具体地说，能漏过转子10A、10B并且沿着室16的内表面30移动而不在转子10A、10B之间经过的空气对发动机中的空气压力的提高没有贡献。因此，转子10A、10B的叶尖33与转子壳体14的内表面30之间的间隙32的尺寸被控制以减少泄漏。如图3所示，间隙32是转子叶尖33的最外末端45(也称之为最外表面)与壳体14的内表面30之间的最小间隙。因为转子叶尖33的表面34是不平坦的，所以在整个表面34上间隙32是不同的；然而，本文所指的间隙32是内表面30与最接近内表面30的那部分表面34(即最外末端45)之间的间隙。本文所使用的“不平坦”的转子叶尖表面包括远离壳体14的内表面30向内延伸的凹部或凹槽。通过在叶尖33上提供不平坦的表面34，在任何流过叶尖33的空气中的湍流就会增强，因此减慢了空气流动并且减少了转子的每次旋转中经过间隙的空气份额。
图3示出不平坦表面34的一个例子，其能够设置在叶片18A和18B(示为在叶片18B上)的叶尖33上以减少空气泄漏。不平坦表面34具有第一外边缘40和第二外边缘42。不平坦表面34包括凹部44，也叫做凹槽，它们从表面34的外末端45大致垂直地延伸。凹部44限定出位于外边缘40、42之间且大致与外边缘40、42平行的独立的附加边缘46。边缘46和凹部44在流经边缘46和凹部44的空气中形成湍流，如代表空气流的不平坦箭头48所示。在图3中，外表面34限定仅仅两个凹部44，在图4中，它们从第一轴向表面20B到第二轴向表面22B延伸转子10B的叶尖33的整个长度。替代地，外表面34可限定仅仅一个凹部或两个以上的凹部，或者，至少一个转子叶尖33的轴向长度的仅仅一部分可具有不平坦表面34。
图2示出替代的转子叶尖133，其能够用来代替图1中的叶片18A、18B的任一或两者上的转子叶尖33，并且在图6的替代的增压器组件113中示出。转子叶尖133具有不平坦表面134，其具有第一外边缘140和第二外边缘142。不平坦表面134包括凹部144(也叫做凹槽)，它们从表面134的外末端或最外部分145大致非垂直地延伸。也就是说，凹部144朝经过叶尖133的空气流的方向倾斜/成角度，其中空气流来自于箭头148所示的方向。凹部144限定位于外边缘140、142之间且与外边缘140、142大致平行的独立的附加边缘146。边缘146和凹部144在穿过间隙32流经边缘146和凹部144的空气中形成湍流，如代表空气流的不平坦箭头148所示。间隙32位于内表面30与叶尖133的最外末端145之间。在图2中，外表面134限定仅仅两个凹部144，在图6中，它们从第一轴向表面20A或20B到第二轴向表面22A或22B延伸转子10A或10B的叶尖33的整个长度。替代地，外表面134可限定仅仅一个凹部或两个以上的凹部，或者，至少一个转子叶尖133的轴向长度的仅仅一部分可具有不平坦表面134。
在某些例子中，凹部44能够都具有比间隙32的距离更大的深度。在某些例子中，转子叶尖33具有从第一转子表面20A到第二转子表面22A沿着螺旋路径延伸的长度。类似地，凹部44和边缘40具有沿着由叶尖33限定的螺旋路径延伸的长度。
转子叶尖33和133可按照如下方法制造：该方法包括形成带有多个在转子10A或10B的端面20A、22A或20B、22B之间螺旋扭转的叶片18A、18B的转子10A或10B。该方法可包括在至少一个叶片18的叶尖33或133内形成至少一个凹部44或144，以在叶尖33或133处提供不平坦表面34或134。不平坦表面34或134能够通过沿着位于转子10A或10B的端面20A、22A或20B、22B之间的叶尖33或133的整个外表面铣出凹部44或144而形成。替代地，叶片18能够模制成带有凹部44或144。该方法还可以包括形成带有室16的转子壳体14，该室具有内表面30，该内表面构造成当转子10A或10B置于室16内时其与叶尖33或133的外末端45或145维持预定的间隙32。
附图和说明书中使用的附图标记及其相应的部件如下：
10A  转子
10B  转子
12A  转子轴
12B  转子轴
13  增压器组件
14  转子壳体
15  壳体组件
16  转子室
18A  叶片
18B  叶片
20A  第一转子表面
20B  第一转子表面
22A  第二转子表面
22B  第二转子表面
23A  相对的轴向端部
23B  相对的轴向端部
24  输入轴
25A  相对的轴向端部
25B  相对的轴向端部
26A  第二齿轮
26B  第一齿轮
27  轴承
28  密封件
29  轴承
30  内表面
32  间隙
33  叶尖
34  表面
40  第一外边缘
42  第二外边缘
44  凹部/凹槽
45  最外末端
46  边缘
48  空气流
113  增压器组件
133  叶尖
134  表面
140  第一外边缘
142  第二外边缘
144  凹部/凹槽
145  最外末端
146  边缘
148  空气流
虽然已经详细描述了实施本教导的许多方面的最佳模式，但是，熟悉本教导所涉技术的那些人将认识到各种替代方面以实施在所附权利要求范围内的本教导。

Claims (21)

1.一种增压器组件，包括：
具有内表面的转子壳体；
构造成在所述壳体内旋转的第一和第二转子；其中，所述第一和第二转子都具有多个叶片；其中，所述第一转子的叶片啮合所述第二转子的叶片；其中，所述第一和第二转子的叶片具有叶尖，所述叶尖至少限定出与所述转子壳体的内表面的预定间隙；
其中，所述叶尖中的至少一个的至少一部分具有不平坦表面，以增强经过所述预定间隙的空气流的湍流。
2.如权利要求1所述的增压器组件，其中，所述叶尖中的所述一个具有第一外边缘和第二外边缘；其中，所述不平坦表面形成位于所述第一和第二外边缘之间的附加边缘。
3.如权利要求2所述的增压器组件，其中，所述附加边缘大致平行于所述第一外边缘和所述第二外边缘地延伸。
4.如权利要求2所述的增压器组件，其中，所述不平坦表面具有外末端，并且具有在所述附加边缘之间从所述外末端成角度地延伸的凹部。
5.如权利要求4所述的增压器组件，其中，所述凹部朝着经过所述叶尖中的所述一个的空气流的方向倾斜。
6.如权利要求5所述的增压器组件，其中，所述转子中的一个包括位于所述转子中的所述一个的轴向端部处的第一转子表面和第二转子表面；其中，所述凹部包括仅仅两个凹部；其中，所述凹部从所述第一转子表面延伸到所述第二转子表面。
7.如权利要求6所述的增压器组件，其中，所述第一和第二转子的所述多个叶片在所述转子表面之间螺旋扭转。
8.如权利要求2所述的增压器组件，其中，所述不平坦表面具有最外部分、并且具有在所述附加边缘之间从所述最外部分大致垂直延伸的凹部。
9.如权利要求8所述的增压器组件，其中，所述转子中的一个包括位于所述转子中的所述一个的轴向端部处的第一转子表面和第二转子表面；其中，所述凹部包括仅仅两个凹部；其中，所述凹部从所述第一转子表面延伸到所述第二转子表面。
10.如权利要求9所述的增压器组件，其中，所述第一和第二转子的所述多个叶片在所述转子表面之间螺旋扭转。
11.一种增压器组件，包括：
具有内表面的转子壳体；
构造成在所述壳体内旋转的第一和第二转子；其中，所述第一和第二转子都具有第一转子表面和第二转子表面，且多个叶片从所述第一转子表面延伸到所述第二转子表面；其中，所述第一转子的叶片啮合所述第二转子的叶片；其中，所述第一和第二转子的叶片都具有叶尖，所述叶尖至少限定出与所述转子壳体的内表面的预定间隙；
其中，每个叶尖具有从相应的第一和第二转子的第一转子表面延伸到第二转子表面的至少一个凹槽，以增强经过所述预定间隙的空气流的湍流。
12.如权利要求11所述的增压器组件，其中，每个凹槽朝着经过所述叶尖的空气流的方向倾斜。
13.如权利要求12所述的增压器组件，其中，所述至少一个凹槽包括仅仅两个凹槽。
14.如权利要求11所述的增压器组件，其中，所述第一和第二转子的多个叶片在所述转子表面之间螺旋扭转，其中，所述叶尖与所述转子壳体的内表面相对并且沿着螺旋路径延伸，其中，所述凹槽沿着所述螺旋路径延伸。
15.如权利要求11所述的增压器组件，其中，每个凹槽从所述叶尖的最外末端大致垂直地延伸。
16.一种制造用于增压器组件的转子的方法，包括：
在所述转子的叶片的叶尖中形成至少一个凹部，以在所述叶尖处提供不平坦表面。
17.如权利要求16所述的方法，其中，所述形成步骤包括在所述转子的端面之间沿着所述叶尖的整个外表面铣出凹部。
18.如权利要求16所述的方法，其中，所述形成步骤包括模制带有所述至少一个凹部的叶片。
19.如权利要求16所述的方法，其中，所述方法进一步包括：
在所述转子上形成多个叶片，从而使得所述多个叶片在所述转子的端面之间螺旋延伸。
20.如权利要求16所述的方法，进一步包括：
形成带有室的转子壳体，该室具有内表面，该内表面构造成在所述转子置于所述室内时与所述叶尖的外末端形成预定间隙。
21.一种用于抑制通过增压器的相互啮合的转子的转子叶片叶尖的泄露的方法，所述方法包括：
当所述转子在转子壳体内旋转时，在位于所述转子叶片叶尖与所述增压器的转子壳体的内表面之间的位置处产生湍流，所述湍流由所述转子叶片叶尖处的不连续度导致。
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