CN107709729A - 具有恒定导程螺旋角正时齿轮的增压器 - Google Patents

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Abstract

根据本公开的一个示例构造的增压器包括壳体，第一转子，第二转子，第一正时齿轮，第二正时齿轮，第一转子轴和第二转子轴。所述第一转子和所述第二转子接收在所述壳体的圆柱形重叠室中。所述第一正时齿轮具有第一螺旋齿。所述第二正时齿轮具有第二螺旋齿。所述第二正时齿轮布置成与所述第一正时齿轮啮合接合，使得所述第二正时齿轮由所述第一正时齿轮驱动。所述第一转子轴支撑所述第一转子和所述第一正时齿轮。所述第二转子轴支撑所述第二转子和所述第二正时齿轮。所述第一正时齿轮具有第一轴向导程。所述第一转子具有第二轴向导程。所述第一轴向导程和所述第二轴向导程匹配。

Description

具有恒定导程螺旋角正时齿轮的增压器
相关申请的交叉引用
本申请要求于2015年6月11日提交的美国专利申请第62/174,287号和于2016年5月26日提交的美国专利申请第62/341,935号的权益。上述申请的公开内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明大体上涉及增压器，并且更特别地涉及包含具有恒定导程螺旋角的正时齿轮的增压器。
背景技术
本公开所涉及类型的旋转式鼓风机被称为“增压器”，因为它们有效地对发动机的进气口进行增压。一种增压器构造通常被称为罗茨式鼓风机，其将大量的空气从入口传送到出口。罗茨式鼓风机包括一对转子，其必须彼此同步，并且因此可以通过啮合的正时齿轮驱动。典型地，用于罗茨鼓风机增压器的带轮和皮带装置尺寸确定成使得在任何给定的发动机速度下，传送到进气歧管中的空气的量大于发动机的瞬时排量，因此增加进气歧管内的空气压力并且增加发动机的功率密度。在一些示例中，诸如罗茨式鼓风机的增压器可以包括正齿轮形式的正时齿轮。正齿轮没有任何螺旋扭转。
本文提供的背景描述是为了大体上呈现本公开的背景的目的。当前具名的发明人的工作，在该背景部分中描述的范围以及在提交时可能不另外作为现有技术的描述的方面，既不被明确地也不隐含地承认为本公开的现有技术。
发明内容
根据本公开的一个示例构造的增压器包括壳体，第一转子，第二转子，第一正时齿轮，第二正时齿轮，第一转子轴和第二转子轴。所述第一转子和所述第二转子接收在所述壳体的圆柱形重叠室中。所述第一正时齿轮具有第一螺旋齿。所述第二正时齿轮具有第二螺旋齿。所述第二正时齿轮布置成与所述第一正时齿轮啮合接合，使得所述第二正时齿轮由所述第一正时齿轮驱动。所述第一转子轴支撑所述第一转子和所述第一正时齿轮。所述第二转子轴支撑所述第二转子和所述第二正时齿轮。所述第一正时齿轮具有第一轴向导程。所述第一转子具有第二轴向导程。所述第一轴向导程和所述第二轴向导程匹配。
根据本公开的附加特征，所述第二正时齿轮具有所述第一轴向导程。所述第二转子具有所述第二轴向导程。所述第一正时齿轮和所述第二正时齿轮以与所述第一转子和所述第二转子相同的速率旋转。所述第一转子轴的轴向移动可以使所述第一正时齿轮上的所述第一螺旋齿旋转所述第二正时齿轮上的所述第二螺旋齿。所述第二转子的轴向移动可以使所述第二正时齿轮上的所述第二螺旋齿旋转所述第一正时齿轮上的所述第一螺旋齿。所述第一转子和所述第二转子包括涂层。在所述第一转子轴和所述第二转子轴中的一个轴向移动之后保持所述第一转子和所述第二转子之间的间隙。
根据本公开的其它特征，所述第一正时齿轮和所述第二正时齿轮以及所述第一转子和所述第二转子以相等的角位移速率扭转。所述第一轴向导程和所述第二轴向导程是相等的。所述第一轴向导程和所述第二轴向导程在彼此的百分之五(5％)内。
根据本公开的另一示例构造的增压器包括壳体，第一转子，第二转子，第一正时齿轮，第二正时齿轮，第二正时齿轮，第一转子轴，和第二转子轴。所述第一转子和所述第二转子接收在所述壳体的圆柱形重叠室中。所述第一正时齿轮具有第一螺旋齿。所述第二正时齿轮具有第二螺旋齿。所述第二正时齿轮布置成与所述第一正时齿轮啮合接合，使得所述第二正时齿轮由所述第一正时齿轮驱动。所述第一转子轴支撑所述第一转子和所述第一正时齿轮。所述第二转子轴支撑所述第二转子和所述第二正时齿轮。所述第一正时齿轮和所述第二正时齿轮具有第一轴向导程。所述第一转子和所述第二转子具有第二轴向导程。所述第一轴向导程和所述第二轴向导程是相等的。
根据附加特征，所述第一转子轴的轴向移动使所述第一正时齿轮上的所述第一螺旋齿旋转所述第二正时齿轮上的所述第二螺旋齿。所述第二转子轴的轴向移动可以使所述第二正时齿轮上的所述第二螺旋齿旋转所述第一正时齿轮上的所述第一螺旋齿。所述第一转子和所述第二转子包括涂层。在所述第一转子轴和所述第二转子轴中的一个轴向移动之后保持所述第一转子和所述第二转子之间的间隙。所述第一正时齿轮和所述第二正时齿轮以及所述第一转子和所述第二转子都以相等的角位移速率扭转。所述第一轴向导程和所述第二轴向导程可以在彼此的百分之五(5％)内。
根据本公开的另一示例构造的增压器包括壳体，第一转子，第二转子，第一正时齿轮，第二正时齿轮，第二正时齿轮，第一转子轴，和第二转子轴。所述第一转子和所述第二转子接收在所述壳体的圆柱形重叠室中。所述第一正时齿轮具有第一螺旋齿。所述第二正时齿轮具有第二螺旋齿。所述第二正时齿轮布置成与所述第一正时齿轮啮合接合，使得所述第二正时齿轮由所述第一正时齿轮驱动。所述第一转子轴支撑所述第一转子和所述第一正时齿轮。所述第二转子轴支撑所述第二转子和所述第二正时齿轮。所述第一正时齿轮和所述第二正时齿轮以及所述第一转子和所述第二转子都以相等的角位移速率扭转。
根据本公开的另外特征，所述第一正时齿轮和所述第二正时齿轮具有第一轴向导程。所述第一转子和所述第二转子具有第二轴向导程。所述第一轴向导程和所述第二轴向导程是相等的。所述第一轴向导程和所述第二轴向导程可以在彼此的百分之五(5％)内。所述第一转子轴的轴向移动使所述第一正时齿轮上的所述第一螺旋齿旋转所述第二正时齿轮上的所述第二螺旋齿。所述第二转子轴的轴向移动可以使所述第二正时齿轮上的所述第二螺旋齿旋转所述第一正时齿轮上的所述第一螺旋齿。所述第一正时齿轮和所述第二正时齿轮以与所述第一转子和所述第二转子相同的速率旋转。
附图说明
从详细描述和附图将更全面地理解本公开，其中：
图1是具有根据本公开的一个示例构造的排量式鼓风机或增压器的进气歧管组件的示意图；
图2是根据本公开的一个示例构造的一对转子轴和相应的正时齿轮的前视透视图；以及
图3是图2中所示的正时齿轮的前视透视图；
图4是图2中所示的正时齿轮的后视透视图；以及
图5是导程的数学表示。
具体实施方式
首先参考图1，示出了包括罗茨鼓风机增压器和旁通阀装置的示例性进气歧管组件的示意图。发动机10可以包括多个气缸12，以及布置在每个气缸内并且限定可膨胀燃烧室16的往复活塞14。发动机10可以包括进气歧管组件18和排气歧管组件20，相应地用于相应地通过进气阀22和排气阀24引导燃烧空气进入和离开燃烧室16。
进气歧管组件18可以包括排量式旋转鼓风机26或罗茨式增压器。旋转鼓风机26的进一步描述可以在共同拥有的美国专利第5,078,583号和第5,893,355号中找到，上述专利明确地通过引用并入本文。鼓风机26包括一对转子28和29，每个转子包括多个啮合叶片。转子28和29相应地布置在一对平行的、横向重叠的圆柱形室28c和29c中。转子28和29可以通过以已知方式(例如通过驱动皮带(未具体示出))传输到其上的发动机曲轴扭矩机械地驱动。机械驱动装置使鼓风机转子28和29相对于曲轴速度以固定的比率旋转，使得鼓风机26的排量大于发动机排量，由此使流动到燃烧室16的空气升压或增压。
增压器26可以包括从入口管道或通道32接收空气或空气-燃料混合物的入口30，并且还包括排气口或出口34，借助于管道36将充入的空气引导到进气阀22。进气管道32和排气管道36借助于以附图标记38示意性示出的旁路通道相互连接。如果发动机10是奥托循环类型的，则节气阀40可以控制空气或空气-燃料混合物以公知的方式从诸如环境空气或大气的来源流动到进气管道32中。替代地，节气阀40可以布置在增压器26的下游。
旁通阀42布置在旁路通道38内。旁通阀42可以借助于致动器组件44在打开位置和关闭位置之间移动。致动器组件44可以通过真空管线46响应入口管道32中的流体压力。致动器组件44可操作以根据发动机功率需求控制排气管道36中的增压压力。当旁通阀42处于完全打开位置时，管道36中的空气压力相对较低，但是当旁通阀42完全关闭时，管道36中的空气压力相对较高。典型地，致动器组件44借助于合适的连杆机构来控制旁通阀42的位置。在本文中示出和描述的旁通阀42仅仅是示例性的，并且可以预料到其它构造。在这方面，可以使用模块化(整体)旁路，电子操作旁路，或者不使用旁路。
现在特别参考图2，将更详细地描述增压器26的附加特征。根据本公开的增压器26包括转子组件100，所述转子组件包括安装在相应的转子轴112和114的端部上的第一和第二正时齿轮102和104。在所示的示例中，第一正时齿轮102是驱动齿轮，而第二正时齿轮104是从动齿轮。第一和第二正时齿轮102和104相应地包括螺旋齿132和134。螺旋齿132和134啮合接合。因此第二转子轴114由于相应的正时齿轮102和104的螺旋齿132和134的啮合接合而被驱动。
根据本公开，正时齿轮102和104以与转子28和29相同的速率扭转(旋转)。进一步解释，第一和第二正时齿轮102和104相应地具有螺旋角(或导程)136和138。第一和第二转子28和29相应地具有螺旋角(或导程)142和144。正时齿轮102和104的轴向导程136和138与转子28和29的轴向导程(以附图标记144标识)匹配。当在本文中使用时，“匹配”表示相等或在彼此的百分之五(5％)内。转子轴112和114的任何推力载荷和轴向移动将不会改变转子组件100的定时。在这方面，转子轴112和114被阻止旋转。结果，保持转子28和29之间的侧间隙。所以，转子28和29上的涂层140将保持提高效率。
此外，转子组件100的构造保持旋转转子组的定时独立于转子轴112和114的轴向移动。第一和第二正时齿轮以及转子28和29都以相同的精确角位移速率扭转。当正时齿轮102和104与转子28和29同步时，当转子轴112和114轴向移动时(例如由于轴承内部间隙)，正时齿轮102和104使转子轴112和114以与转子28和29相同的扭转旋转。另外，例如轴向地沿着转子轴112和114的任何热生长也将以相同的速率发生。在这方面，转子28和29之间的间隙(空隙或通道)可以被保持，而不会磨损和/或损害转子涂层并且最终损害效率。在另一优点中，与包含常规正齿轮的现有技术构造相比螺旋正时齿轮102和104降低了增压器26的运行噪声。
在一种构造中，通过诸如皮带和带轮驱动系统的任何合适的驱动装置将正扭矩从(周期燃烧型的)内燃机传递到输入轴。扭矩通过隔离器组件(未示出)从输入轴(未具体示出)传递到转子轴组件100。隔离器组件可以提供扭转和轴向阻尼并且还可以解决输入轴和转子轴112之间的未对准。当发动机正在驱动正时齿轮102和104以及鼓风机转子28和29时，这被认为是正扭矩的传递。在另一方面，无论何时转子28和29的动量超过来自输入轴的输入，这被认为是负扭矩的传递。
为了说明和描述的目的已提供了示例的前述描述。这并不旨在穷举或限制本公开。特定示例的单独的元件或特征通常不限于该特定示例，而是在适用的情况下是可互换的，并且可以在选定的示例中使用，即使没有具体示出或描述。其也可以以许多方式变化。这些变化不应当被视为脱离本公开，并且所有这样的修改旨在包括在本公开的范围内。

Claims (20)

1.一种增压器，其包括：
壳体；
第一转子和第二转子，所述第一转子和所述第二转子接收在所述壳体的圆柱形重叠室中；
具有第一螺旋齿的第一正时齿轮；
具有第二螺旋齿的第二正时齿轮，所述第二正时齿轮布置成与所述第一正时齿轮啮合接合，使得所述第二正时齿轮由所述第一正时齿轮驱动；
第一转子轴，所述第一转子轴支撑所述第一转子和所述第一正时齿轮；
第二转子轴，所述第二转子轴支撑所述第二转子和所述第二正时齿轮；
其中所述第一正时齿轮具有第一轴向导程并且所述第一转子具有第二轴向导程，其中所述第一轴向导程和所述第二轴向导程匹配。
2.根据权利要求1所述的增压器，其中所述第二正时齿轮具有所述第一轴向导程并且所述第二转子具有所述第二轴向导程。
3.根据权利要求2所述的增压器，其中所述第一正时齿轮和所述第二正时齿轮以与所述第一转子和所述第二转子相同的速率旋转。
4.根据权利要求3所述的增压器，其中所述第一转子轴的轴向移动使所述第一正时齿轮上的所述第一螺旋齿旋转所述第二正时齿轮上的所述第二螺旋齿。
5.根据权利要求3所述的增压器，其中所述第二转子轴的轴向移动使所述第二正时齿轮上的所述第二螺旋齿旋转所述第一正时齿轮上的所述第一螺旋齿。
6.根据权利要求1所述的增压器，其中所述第一转子和所述第二转子包括涂层，并且其中在所述第一转子轴和所述第二转子轴中的一个轴向移动之后保持所述第一转子和所述第二转子之间的间隙。
7.根据权利要求2所述的增压器，其中所述第一正时齿轮和所述第二正时齿轮以及所述第一转子和所述第二转子都以相等的角位移速率扭转。
8.根据权利要求1所述的增压器，其中所述第一轴向导程和所述第二轴向导程是相等的。
9.根据权利要求8所述的增压器，其中所述第一轴向导程和所述第二轴向导程在彼此的百分之五(5％)内。
10.一种增压器，其包括：
壳体；
第一转子和第二转子，所述第一转子和所述第二转子接收在所述壳体的圆柱形重叠室中；
具有第一螺旋齿的第一正时齿轮；
具有第二螺旋齿的第二正时齿轮，所述第二正时齿轮布置成与所述第一正时齿轮啮合接合，使得所述第二正时齿轮由所述第一正时齿轮驱动；
第一转子轴，所述第一转子轴支撑所述第一转子和所述第一正时齿轮；
第二转子轴，所述第二转子轴支撑所述第二转子和所述第二正时齿轮；
其中所述第一正时齿轮和所述第二正时齿轮具有第一轴向导程并且所述第一转子和所述第二转子具有第二轴向导程，其中所述第一轴向导程和所述第二轴向导程是相等的。
11.根据权利要求10所述的增压器，其中所述第一转子轴的轴向移动使所述第一正时齿轮上的所述第一螺旋齿旋转所述第二正时齿轮上的所述第二螺旋齿。
12.根据权利要求11所述的增压器，其中所述第二转子轴的轴向移动使所述第二正时齿轮上的所述第二螺旋齿旋转所述第一正时齿轮上的所述第一螺旋齿。
13.根据权利要求10所述的增压器，其中所述第一转子和所述第二转子包括涂层，并且其中在所述第一转子轴和所述第二转子轴中的一个轴向移动之后保持所述第一转子和所述第二转子之间的间隙。
14.根据权利要求10所述的增压器，其中所述第一正时齿轮和所述第二正时齿轮以及所述第一转子和所述第二转子都以相等的角位移速率扭转。
15.根据权利要求10所述的增压器，其中所述第一轴向导程和所述第二轴向导程在彼此的百分之五(5％)内。
16.一种增压器，其包括：
壳体；
第一转子和第二转子，所述第一转子和所述第二转子接收在所述壳体的圆柱形重叠室中；
具有第一螺旋齿的第一正时齿轮；
具有第二螺旋齿的第二正时齿轮，所述第二正时齿轮布置成与所述第一正时齿轮啮合接合，使得所述第二正时齿轮由所述第一正时齿轮驱动；
第一转子轴，所述第一转子轴支撑所述第一转子和所述第一正时齿轮；以及
第二转子轴，所述第二转子轴支撑所述第二转子和所述第二正时齿轮；
其中所述第一正时齿轮和所述第二正时齿轮以及所述第一转子和所述第二转子都以相等的角位移速率扭转。
17.根据权利要求16所述的增压器，其中所述第一正时齿轮和所述第二正时齿轮具有第一轴向导程并且所述第一转子和所述第二转子具有第二轴向导程，其中所述第一轴向导程和所述第二轴向导程是相等的。
18.根据权利要求16所述的增压器，其中所述第一轴向导程和所述第二轴向导程在彼此的百分之五(5％)内。
19.根据权利要求16所述的增压器，其中所述第一转子轴的轴向移动使所述第一正时齿轮上的所述第一螺旋齿旋转所述第二正时齿轮上的所述第二螺旋齿，并且其中所述第二转子轴的轴向移动使所述第二正时齿轮上的所述第二螺旋齿旋转所述第一正时齿轮上的所述第一螺旋齿。
20.根据权利要求16所述的增压器，其中所述第一正时齿轮和所述第二正时齿轮以与所述第一转子和所述第二转子相同的速率旋转。
CN201680033535.6A 2015-06-11 2016-06-10 具有恒定导程螺旋角正时齿轮的增压器 Withdrawn CN107709729A (zh)

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