CN1285893A

CN1285893A - 旋转容积式机器

Info

Publication number: CN1285893A
Application number: CN98813045A
Authority: CN
Inventors: R·W·德莱弗; A·M·德莱弗
Original assignee: Driver Technology Ltd
Current assignee: Driver Technology Ltd
Priority date: 1997-12-05
Filing date: 1998-12-03
Publication date: 2001-02-28
Also published as: MXPA00005532A; KR20010052115A; AU1768399A; WO1999030005A1; EP1036253A1; JP2002505394A

Abstract

一种旋转容积式机器可与一内燃机连接,从而可用作一涡轮一增压器或发动机增压器,它包括一其内设有一转子的外壳(11),所述转子包括:可围绕偏置轴线(23,19)在壳体内一起旋转的内、外鼓(24,9),以及彼此以一定角度隔开的柔性叶片(30),它们位于两个对置的转鼓表面之间,用以在所述两转鼓之间形成若干间隔室(32),当转子旋转时,由于轴线相偏置,因此所述间隔室的容积将周期性变化,设有进气口和出气口(40,73,76),与各间隔室相连通,并设置成可使气体充分流过进气和出气口之间的间隔室,所述进气和出气口设置在彼此相互远离的地方,从而可保证气体在其内充分混合,并保证各间隔室的换气性。

Description

旋转容积式机器

本发明涉及一种旋转容积式机器。

GB-A-1540057描述了一种具有一些间隔室的旋转容积式机器，所述间隔室能在其旋转时周期性地改变容积。气体是通过一些位于所述机器一端的轴向出入口进出各间隔室的。

如果藉助增大所述间隔室的轴向延伸长度来增大各间隔室的尺寸，则利用彼此相邻的轴向进气口和出气口使各间隔室获得满意的充气和换气就会出现问题。

根据本发明，一种旋转容积式机器具有一能提供若干间隔室的转子，当所述转子旋转时，所述间隔室的容积能周期性地改变，并且具有进气口和出气口的间隔室，它们设置得可以使气体的流出远离气体的流入。

在一种设置方案中，可以设置有以一定角度彼此隔开的径向进气口和出气口。

在一种情况中，高压气体可以流入一进气口，而另一种气体可以通过一以角度隔开的口流入，它还可以用作一供气体混合物流出的出气口。

可以设置一轴向进气口。在另一种设置方案中，可以设置两个以一定角度隔开的轴向进气口和一使排出气体远离所述进气口轴向的出气口。

还可以再设置一轴向出气口，它与所述两个进气口以一定角度隔开，用来使排出气体远离所述第一出气口。

所述机器可以包括：一壳体、包括可以围绕偏置轴线在所述壳体内一起旋转的内鼓和外鼓的所述转子、在所述内鼓和外鼓之间形成若干间隔室的装置，以及所述外鼓的一周缘壁，它能提供通向所述各间隔室的径向进气口，其端壁则能提供轴向进气口和出气口。

形成各间隔室的所述装置可以包括若干大体呈U形的柔性叶片，所述叶片固定于内鼓和外鼓的周缘壁上。所述固定作业可以藉助铰链来进行。例如，可以将端部卷绕起来的叶片置于所述柔性材料内。

可以设置用来改变进气口和/或出气口面积的装置。例如，一盖板可以在所述壳体上沿圆周方向滑动，以降低一径向出气口的面积，或者在一端壁上可滑动地旋转，以降低一轴向出气口的面积。

在一例子中，所述进气口与大气相连通，所述出气口与一内燃机的进气歧管相连通，而所述转子则与所述发动机曲轴相连接。

本发明可以以多种方式来加以实施，下面将结合附图以举例说明的方式对一些其中具有不同变化的实施例进行描述，其中：

图1是一机器的剖视图；

图2是局部部件除去之后的图1的端视图；

图2a是沿图2中箭头A方向观察的视图；

图3是一转鼓周缘的局部视图；

图4示出了一与图2相类似的有所改变的机器；

图5、图5A和图5B示出了几种隔板；

图6示出了一柔性叶片；

图7示出了一种变化形式的叶片；

图8是另一种旋转机器的剖视图；

图9是局部剖开的所述机器的立体图；

图10和图11示出了控制板；

图12是一端板的轴向图；

图13示出了一连接装置；

图14至图17示出了控制装置；

图18示出了另一种设计的轮叶；以及

图19是又一种机器的剖视图。

一种旋转容积式流体装置10包括；一具有一圆周轴向壁12和一端板13的固定壳体11。一转鼓9可以在壳体11内旋转，并具有一圆周轴向壁14和端板16、17。一可在轴线19上旋转的轴18自壁16延伸出来可旋转地穿过板13。一圆筒形部件20自壁17延伸出来，并且可旋转地容纳在自固定块21内，从所述固定块延伸出形成一轴线23的轴向杆22。一内转鼓24可以围绕轴线23在轴向杆22上旋转。从图2可知，所述轴线23与轴线19相偏离。

转鼓24具有一圆周轴向壁25和分别靠近壁16、17的内表面的端壁26、27。

彼此以一定角度隔开、大体上呈U形或发夹形的柔性叶片30位于壁14和25之间的空间31内，所述叶片的端部分别在42、43处与这些壁相固定。

从图2可知，叶片30将空间31分成了几个角度相邻的间隔区或腔室32。

当轴18旋转时，壁14和27之间的销一槽连接件33可将转鼓9和24连接起来，以使它们一起旋转。如果所述叶片具有足够大的强度，则所述转鼓之间的驱动作用可以通过所述叶片而传递。

由于轴线19和23相偏离，因此，当轴18旋转时，腔室32的容积每一转就会周期性地从最小变至最大再至最小，并且所述叶片30的形状会相应改变。

在本实施例中，气体(包括空气)是径向地而不是轴向进入和离开腔室32的。

在壁12和14上设置有一些孔。例如，从图3可知，壁14可以包括一系列沿圆周设置的轴向杆36，相邻的轴向杆36之间具有轴向空间37，从而可以使来自空间31和腔室32的气体进入和离开。

壁12内的所述孔可以根据机器的使用情况而改变。

例如，如果将所述机器用作一涡轮机，则可以在壁12内设置一周向狭槽40，以供高压的热气进入。当经过狭槽40时，高压热气就会与各腔室32内的空气或者与空气和气体的混合物相混合，并且所述气体膨胀至底部中心(图1)，在该底部中心处，每一腔室具有最大容积。这样就会使得轴18旋转。周向狭槽41形成了一出气口，因此气体/空气混合物可藉助离心力通过狭槽41而排出，并可通过狭槽41将环境空气吹入。空气可以例如藉助一由电动机38驱动的风扇39而吹入。径向的进气和出气口提高了各间隔室的换气性；如图所示，各口延伸经过所述间隔室的大部分轴向长度。

相继连接件42之间的角间距可以大于或小于或等于狭槽40的角延伸长度。

这样一种涡轮机能用作一内燃机的涡轮增压机或排气涡轮机，其中，来自所述内燃机的热排放气体可在孔40处进入，并且轴18可例如藉助位于两根轴上的绕在滑轮上的皮带而与所述内燃机的曲轴连接。

所述机器另一种用途是可以与内燃机，通常是一燃油喷射火花点燃式发动机一起使用，它是将所述机器定位成可使进气狭槽40承接处于环境压力下的大气并且出气口41连接成将空气传送至发动机进气歧管，在所述发动机进气歧管处，所述压力小于或等于环境压力。风扇39可以省略。环境和进气歧管之间的压差驱使所述机器运转，并且轴18再次与所述发动机曲轴连接，以将额外的能量供送至所述曲轴，由此可以回收因发动机在进气歧管处发生压力下降(即，所谓的节流损失)而丢失的一些能量。

当节气阀打开以增大流入进气歧管内的空气流量时，进气狭槽40的面积会增大。因此，如果所述发动机是装在一车辆上，则一位于壳体12上的板60A可以被连接以作滑动运动，并可以使它与加速踏板连接，这样就可以在节气门全开状态下使板60A移动以增大狭槽40的面积。

实际上，为了提高效率，可以藉助使用如图4所示分别固定于壁14、25或叶片30的各壁上的块状件50、51(用于每一腔室)(图中仅示出了几个块状件)，来减小腔室32的最小容积。在所述顶部中心或最小位置处，所述叶片可以位于沿着块状件50、51的大部分表面。块状件50、51具有一定形状，从而可以适应因轴线19、23相偏离而造成的叶片形状的改变。

在另一种用途例子中，所述机器可以用作一涡轮机和一压缩机。例如，如上文所描述的那样，与一内燃机一起使用，在以低速或发动机空转速度(部分节气)运转时，所述机器能用作一涡轮机，以如上所述回收节流损失，但是，在高速运转时，例如，节气门完全打开或大部分打开时，所述机器可以起到一发动机增压器的作用。这样就可以使所述发动机以例如5∶1的低压缩比来运转，它要比10∶1的常规压缩比来得低。

进气口40与环境空气是相连通的。在这种情况中，当节气门大部分打开或完全打开时，出口狭槽41的角延伸长度减小。例如，可以连接一弓形板60A，以便在壳体壁12上作滑动运动，并且如果所述发动机是装在一车辆上，可以将所述弓形板与加速踏板工作性连接，这样就可以使板60A在节气门完全打开的状态下移动，以增大狭槽40的尺寸，并增大空气流入进气歧管的空气流量。块状件50、51具有避免压缩空气排放入狭槽40内的作用。

在这种情况中，狭槽41是在图4所示的41A处延伸的，但是，当节气门大部分打开时，狭槽41的下游部分是关闭的，这样，就可以将压缩空气排入进气歧管。例如，可以沿着板60A设置辅助的弓形滑动板60B、60C，以便在节气门大部分打开时滑动，以关闭部分狭槽41。

在一次旋转中，叶片30的固定点42、43沿圆周方向和径向彼此的相对移动距离是轴线19、23之间偏置距离的两倍，这样，除非叶片较薄，在叶片30内会产生很大的应力，但是，如果叶片太薄的话，叶片就不能在涡轮机和压缩机模式中起作用了。鉴于这种情况，可以在42、43处将叶片30铰接起来。例如，可以将叶片30的端部卷绕起来(图6)并置于一橡胶凸座60内，所述橡胶凸座安装在一固定销61上，所述固定销的端部固定在壁16、17内。

叶片30可以为另一种形式，并且由一种常用的非柔性的材料用铰链制成或弹簧钢构件构造而成，诸如图7所示，它具有直臂63(柔性或非柔性的)和一弧形柔性部62。

在另一实施例中，一种如图8和图9所示的旋转机器70在一轴向端具有冷气入口和热气入口，并在另一相对轴向端具有一空气/气体混合物出口。这样，由于进入的新鲜空气有助于将所述混合物排除出去，因此可以提高换气性。

所述机器70具有一圆筒形的外壳71(在图8中未示)，所述外壳具有彼此相互对置的端板71A、71B，并提供一机罩。位于一端的所述内鼓支承在一静态端板72内，它具有一进气口73，可供通过管道74供送的高压热气流至所述外壳轴向端内的一进气口。利用通向所述外壳内的一进气口和板72内的孔76的管道75，(例如藉助一由电动机驱动的风扇或从机器曲轴)可吹入较冷(环境)的空气。孔76可以具有一适当的角长度，例如在板72(图10)的侧面77、78之间。轮叶30相对于72而言被工作性密封。

外鼓9具有一出气口79，可将空气/气体混合物导引至所述外壳上的排放管道80。

一调节板81(图11)安装在所述转鼓的端面16、26之间并提供一出口82。可以对口82的角位置进行调整以控制混合物的流出和气体的膨胀。轮叶30相对于板81被工作性密封。板81可以联接于轴22上，以供调节之用。

外鼓9的端面16呈一辐条孔(图12)的形式。

通常，在各实施例中，使所述能够旋转的作用力可通过各轮叶30从外鼓传递至内鼓。

为了降低各轮叶30上的应力，如果所述外鼓迅速减速，可以将一连接件(图13)设置在所述内鼓和外鼓之间，它可以在急剧减速时起作用。这样就可以进行有效的迅急减速。所述连接件可以是一栓钉、销子或板件，其中位于所述外鼓上的各栓钉90可以啮合在所述内鼓上的各栓钉91之间，但是，在正常的工作情况下，所述各栓钉90不传递任何传动力，但是，在所述外鼓突然减速时可以形成啮合。所述栓钉或销子的横截面可以呈圆形或矩形。

在一改型中，图9所示的机器可以用作废气涡轮机和发动机增压器的两用机。在这种情况中，可将一出口100设置在所示外壳的进气端，以使具有一定压力的空气流至所述内燃机，这样，如果一柱塞/气缸具有一定尺寸从而可形成6∶1的压缩比，则它可以以10∶1的压缩比进行运转。如果是用于一车辆上，可将一常用的蝶形阀设置在空气流道上，与加速踏板相连接。块状件50、51可予以省略。

图14至图17示出了控制环108、109的种种位置，所述控制环可对用来增压的压缩空气和空气/气体混合物的流量加以控制。

端板72具有一环形圈108，它可以响应加速踏板的移动情况而进行角度调整。

图14示出了用来不进行增压的、环形圈108内的一间隙110的位置。所述间隙的一端111和藉助风扇可吹入空气的进气口76的最近端112之间的角距离小于两相邻点42之间的角距离。腔室32的容积在位置0处为最大，而在位置180处为最小。

为了获得最大的增压，可将环形圈108移至图15所示的位置，此时，当沿轴向观察时，间隙110和进气口76是重合的。

位于圆盘形端板81A内的废气混合物控制环109具有一环形间隙113。为了增大从热废气中回收的能量，人们希望出口处的气体/空气混合物压力等于环境压力。从图16中可知，混合物出口正好位于位置0的下游(在膨胀之后)。怠速运转或低功率运转时，间隙113位于所述出口的上游。在所述出口和间隙113之间的角形空间内，设置压力作动减压阀114，以通过吸入环境(周围)空气而防止各腔室30内的压力在到达口80之前变得低于环境压力(并因此使所述转鼓减速)。

图17示出了在功率为最大时与口80重合的间隙113。

在一种设置方案中，例如，大约1/3的压缩空气起增压作用，2/3的压缩空气可通过以与热的废气相混合。热气入口可以例如以210°而不是180°设置，以避免出口处的混合物的压力保持超过环境压力从而不能完全回收废气中的能量。增大将热气供送入其中的各腔室的容积有助于避免发生上述现象。

相邻两减压阀之间的角间距是这样的，即，每一减压阀在任何时候均与一个腔室31相连通。

在这种构造中，藉助一风扇将空气吹入所述机器内，空气的流动可将空气和废气的失去效用的混合物排除出去，然后当所述机器旋转时对它进行收集和压缩。一些空气从所述机器中释放出来以给送至发动机，并将其余的空气保留住。来自发动机的废气进入留下的空气内，从而增大了空气的温度和压力。所述混合物将膨胀，一直到进入的新鲜风扇空气将混合物排除出去并重新开始这种循环作业为止。这种设计能无需块状件或填料50、51即可使用一机器。如果是为其自身单独使用，就不会有任何的节流损失回收。在这种无需增压的情况中，多余空气将会泄漏到废气出口内，并且可藉助一传统的蝶形法来控制发动机。如果有较多的节流损失值得回收，则可以使用-具有附加的节流损失回收涡轮机的增压器-废气涡轮机两用机，或者可以使用一带有辅助废气涡轮机的节流损失回收-增强器的两用机。

在图18所示的一种改型中，各轮叶30是通过卷绕在122处铰接起来的两个部件120、121组成的。较薄的部件120可以设置得位于所述外鼓表面上，这样，铰链122就不会径向地位于内、外鼓之间的空间31的控制区域内，而是当沿轴向观察时，与热气入口径向地隔开，以降低铰链122上的磨损。

在图19所示的另一改型中，空气是在位置130处轴向地吹入的，热的废气可在G处径向地流入，而气体/空气混合物则在H处径向地向外流出，与图9基本相同。如上所述，混合物的径向流出提高了换气性。

所述旋转机器可以与一设置成能对蓄电池驱动型车辆的蓄电池进行充电的发动机一起使用。

Claims

1．一种旋转容积式机器，其特征在于，它具有：一能提供若干间隔室的转子，当转子旋转时，所述间隔室的容积可以周期性地变化；以及与所述间隔室连通并设置得能使气体的流出远离气体流入的进气口和出气口。

2．如权利要求1所述的旋转容积式机器，其特征在于，所述进气口和出气口是径向或轴向对置的。

3．如权利要求1或2所述的旋转容积式机器，其特征在于，所述进气口和出气口径向设置并且彼此之间以一定角度隔开。

4．如权利要求1或2所述的旋转容积式机器，其特征在于，所述进气口和出气口轴向设置并彼此之间以一定角度隔开。

5．如前述任一权利要求所述的旋转容积式机器，其特征在于，所述进气口和出气口设置成可使气体流过一进气口，而使另一种气体流过另一个、以角度隔开的进气口，所述进气口还可以用作一供气体混合物流过的出气口。

6．如权利要求4所述的旋转容积式机器，其特征在于，它包括两个以角度隔开的轴向设置的进气口和至少一个轴向设置供排出气体远离所述进气口的出气口。

7．如权利要求6所述的旋转容积式机器，其特征在于，所述轴向设置的出气口与所述的两个进气口是以角度隔开的。

8．如前述任一权利要求所述的旋转容积式机器，其特征在于，它包括：一壳体、包括可以围绕偏置轴线在所述壳体内一起旋转的内鼓和外鼓的所述转子；在所述内鼓和外鼓之间形成若干间隔室的装置，以及所述外鼓的一周缘壁，它能提供径通向所述各间隔室的径向进气口，其端壁则能提供轴向进气和出气口。

9．如权利要求8所述的旋转容积式机器，其特征在于，其特征在于，包括若干间隔室的所述装置是由大体上呈U形的柔性叶片形成的，所述叶片的端部分别固定于内鼓和外鼓上。

10．如前述任一权利要求所述的旋转容积式机器，其特征在于，它包括用来改变进气口和/或出气口面积的装置。

11．如权利要求10所述的旋转容积式机器，其特征在于，所述改变装置包括至少一个盖板，所述盖板至少可以部分地滑动，以将相关的进气口或出气口封闭住。

12．如权利要求8所述的旋转容积式机器，其特征在于，它包括用来将所述内鼓和外鼓连接起来以便同时旋转的装置。

13．如前述任一权利要求所述的旋转容积式机器，其特征在于，每一进气口均与大气相连通，出气口均与一内燃机的进气歧管相连通，所述转子与所述发动机曲轴工作性连接。

14．如权利要求13所述的旋转容积式机器，其特征在于，它包括一用来将空气吹入每一所述进气口的风扇。

15．如权利要求11或13所述的旋转容积式机器，其特征在于，所述用来改变进气口面积的装置与所述发动机的节气阀工作性连接，这样，当增大所述节气阀的打开程度时，可以增大空气流过所述进气口的流量。

16．如前述任一权利要求所述的旋转容积式机器，其特征在于，它包括位于所述各间隔室内且能降低各间隔室与其最小容积相重合的容积的装置，所述装置的形状能与当各所述转子旋转时各间隔室的形状的变化相适应。

17．如前述任一权利要求所述的旋转容积式机器，其特征在于，它在所述机器的一轴向端分别具有冷气入口和热气入口，并且在其另一对置轴向端具有一用于空气/气体混合物的出口。

18．如权利要求8所述的旋转容积式机器，其特征在于，它具有一外圆筒形壳体，并具有轴向对置的端板，能提供一机罩，位于所述机器的一端部的所述内鼓支承在相邻端板内，所述端板具有一供高压热气进入的进气口，并具有另一供冷气进入的进气口，在所述对置端板上设置有一出气口。

19．如权利要求9所述的旋转容积式机器，其特征在于，每一U形叶片均由两个部件制成，所述两部件分别与所述对置的内鼓和外鼓表面铰接地相连。