CN105626235A - 涡旋式机械增压器、发动机和汽车 - Google Patents

Abstract

一种涡旋式机械增压器、发动机和汽车，其中涡旋式机械增压器包括：偏心主轴，包括同轴的第一、二轴和分别连接第一、二轴的第三轴；分别套设在第一、二轴上的两定盘；套设在第三轴上的转盘；转盘的至少一端设有第一涡旋体；第一涡旋体所在侧的定盘设有第二涡旋体，第一、二涡旋体沿轴向方向相互啮合而围成若干空腔。使用该涡旋式机械增压器，在第三轴带动转盘往复公转过程，若干空腔中的空气被持续地压缩增压并导出至气缸中，以实现发动机增压的目的。涡旋式机械增压器的结构尺寸小，应用范围不受限制；涡旋式增压器对空气的压缩效率较现有的机械增压器高，发动机的输出功率得到提升，提升燃油经济性；涡旋式机械增压器振动噪声非常小。

Description

涡旋式机械增压器、发动机和汽车

技术领域

本发明涉及汽车技术领域，特别涉及一种涡旋式机械增压器、发动机和汽车。

背景技术

在现有汽车领域，发动机增压器技术是指将空气预先压缩后再导入气缸，以期提高空气密度、增加进气量的一项技术。由于进气量增加，可相应地增加循环供油量，从而可以增加发动机输出功率。发动机增压技术是当前实现发动机高效、小型化的主流技术，在车辆上得到广泛应用。

当前发动机增压技术包括机械增压和涡轮增压。其中机械增压相比涡轮增压，具有瞬态响应好、工作温度低、保养要求低，使用寿命长等特点，被广泛应用于各种排量的发动机上，例如机械增压发动机或机械-涡轮双增压发动机。

现有的机械增压器包括离心式机械增压器、螺旋式机械增压器和罗茨式机械增压器，现代发动机多采用罗茨式增压器，但因其具有较大的结构尺寸，因此多应用于中、大排量的发动机上，限制了其应用范围。此外，罗茨式机械增压器的工作原理为：机械增压器直接由发动机的曲轴带动，当发动机运转时，机械增压器也开始工作。在发动机工作时，空气从发动机进气系统进入机械增压器的进气口，并经机械增压器压缩后通过出气口导出至气缸中。因此，机械增压器是通过消耗发动机功率来工作的，造成其增压压力不高，导致发动机输出功率的增加不高，通常还低于涡轮增压器所能达到的增压压力。

发明内容

本发明解决的问题是，现有机械增压器具有较大结构尺寸，应用场合受限，而且增压压力不高，造成发动机输出功率增加不高。

为解决上述问题，本发明提供一种涡旋式机械增压器，该涡旋式增压器包括：

偏心主轴，包括同轴的第一轴和第二轴、两端分别连接第一轴和第二轴的第三轴，所述第三轴与第一轴平行且不同轴；

分别套设在所述第一轴和第二轴上的两定盘，所述第一轴和第二轴能够分别相对两定盘转动，所述两定盘沿轴向相互面对的两端面对接而形成有一腔室；

套设在所述第三轴上且位于所述腔室中的转盘，所述第三轴能够带动转盘在所述腔室中相对两定盘围绕第一轴中轴线公转；

所述转盘的轴向两端中，至少一端设有绕第三轴中轴线涡旋的第一涡旋体；

沿轴向方向，每个所述第一涡旋体所在侧的定盘朝向转盘的一端设有绕第一轴中轴线涡旋的第二涡旋体，所述第一涡旋体和第二涡旋体沿轴向方向相互啮合，在所述第一涡旋体、第二涡旋体、转盘和第二涡旋体所在定盘之间围成若干空腔；

设有所述第二涡旋体的定盘中设有进气道和出气道，所述进气道连通所述若干空腔中沿径向最远离第一轴中轴线的空腔、且具有位于定盘外表面的进气口，所述出气道连通若干空腔中沿径向最靠近第一轴中轴线的空腔、且具有位于定盘外表面的出气口。

可选地，所述转盘沿轴向的两端均设有第一涡旋体，两所述第一涡旋体为同一涡旋体沿轴向的两端部。

可选地，在所述两定盘中，其中至少一定盘中设有所述进气道。

可选地，具有所述第二涡旋体的定盘沿轴向背向另一定盘的端面设置有气体冷却机构。

可选地，所述气体冷却机构为：中冷器；或者，分布在端面上的若干散热翅片。

可选地，所述第二涡旋体所在定盘端面中具有凹槽，所述第二涡旋体位于凹槽中，沿轴向方向，所述凹槽与另一定盘围成所述腔室。

可选地，所述转盘包括本体、从所述本体沿径向向外延伸的第一限位部，所述第一涡旋体与本体连接；

所述凹槽具有对应第一限位部的延伸区域，在所述延伸区域的周向两侧具有两第二限位部，所述两第二限位部对第一限位部周向限位。

可选地，沿轴向方向，每个所述第一限位部沿和两定盘通过防自转机构连接。

可选地，所述防自转机构为：曲柄销式防自转机构、圆柱销或十字环。

可选地，所述第一轴和第一轴上的定盘之间、所述第二轴和第二轴上的定盘之间、所述第三轴和转盘之间套装有浮动轴承、轴瓦或滚针轴承。

可选地，在所述偏心主轴和/或定盘中设有连通偏心主轴外周面的油道。

可选地，所述第一轴和第一轴上的定盘之间、所述第二轴和第二轴上的定盘之间套装有浮动轴承；

在所述第一轴上的浮动轴承的轴向两侧分别设有两第一限位件，所述两第一限位件对浮动轴承轴向限位；

在所述第二轴上的浮动轴承的轴向两侧分别设有两第二限位件，所述两第二限位件对浮动轴承轴向限位。

可选地，所述第三轴和转盘之间套装有浮动轴承；

在所述第三轴上的浮动轴承的轴向两侧分别设有两第三限位件，所述两第三限位件对浮动轴承轴向限位。

可选地，在所述两定盘沿轴向相互背对的两端面分别设有两端盖，所述两端盖沿轴向分别盖设在两定盘上。

可选地，在所述第三轴沿轴向一侧，在所述端盖与定盘之间、和/或在所述浮动轴承和第三轴轴向相对的另一侧的偏心主轴与定盘之间设有环绕偏心主轴的第一密封圈；且，

在所述第三轴沿轴向另一侧，在所述端盖与定盘之间、和/或浮动轴承和第三轴轴向相对的另一侧与定盘之间设有环绕偏心主轴的第二密封圈。

可选地，在所述第一涡旋体的涡旋线沿轴向背向转盘的端面、在所述第二涡旋体的涡旋线沿轴向朝向转盘的端面设有密封条。

可选地，在每个定盘沿轴向背向另一定盘的端面设有一环形槽，所述环形槽环绕偏心主轴；

对应每个环形槽的位置，在偏心主轴上固定安装有一个平衡重，每个平衡重能够随偏心主轴在环形槽中转动。

可选地，所述第一涡旋体和第二涡旋体为单涡旋线涡旋体或多涡旋线涡旋体，所述多涡旋线涡旋体包括至少两个涡旋线。

本发明还提供一种发动机，该发动机包括上述任一涡旋式机械增压器；

所述第一轴具有沿轴向背向第二轴伸出定盘外的端部，所述端部与曲轴为传动连接，所述曲轴通过所述传动连接驱使偏心主轴转动并带动转盘公转。

可选地，还包括涡轮增压器，所述涡旋式机械增压器的出气口和涡轮增压器的进气口连通。

本发明还提供一种汽车，该汽车包括上述任一发动机。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

第一涡旋体能够和第二涡旋体相互啮合，在第一涡旋体、第二涡旋体、转盘和定盘之间围成若干空腔，其中进气道连通若干空腔中最远离第一轴中轴线的空腔且具有位于定盘外表面的进气口，出气道连通若干空腔中最靠近第一轴中轴线的空腔且具有位于定盘外表面的出气口。使用本方案的涡旋式机械增压器，进气道通过进气口与发动机的进气系统连通，出气道通过出气口连通至气缸中。空气依次通过发动机进气系统、进气道和腔室进入第一涡旋体和第二涡旋体相互啮合而形成的最外侧空腔中。涡旋式机械增压器通过第一轴与曲轴传动连接，曲轴通过传动连接带动第一轴自转，由于第三轴与第一轴和第二轴不同轴，当第一轴自转时，第三轴带动转盘和第一涡旋体绕第一轴的中轴线在腔室中公转。第一涡旋体在公转过程中，根据涡旋压缩原理，随着第一涡旋体公转，由于第二涡旋体静止，对应最外侧空腔的第一涡旋体和第二涡旋体的两啮合位置沿第二涡旋体的涡旋方向逐渐向第一轴中轴线移动，在移动过程中，最外侧空腔的容积逐渐减小，其中的空气逐步向第一轴中轴线移动并被逐步压缩，至该最外侧空腔逐步成为沿径向最靠近第一轴中轴线的空腔，最外侧空腔中的空气被逐步压缩至最靠近第一轴中轴线的空腔而进入出气道，之后通过出气口输送至气缸中。在转盘往复公转过程中，空气被持续地压缩增压后并导出至气缸中，以实现发动机增压的目的。

首先，本发明的涡旋式机械增压器整体结构尺寸特别是轴向尺寸非常小，涡旋式机械增压器可应用到各种排量的发动机上，应用范围不受限制。

其次，第一涡旋体和第二涡旋体相互啮合而形成的若干空腔，可分为数对沿径向对称的空腔，这样每个空气压缩过程均对应有两个径向对称的最外侧空腔中空气同时被压缩并导出至出气道，涡旋式增压器对空气的压缩效率较现有的机械增压器高，获得相同的增压压力和增压空气流量时消耗的发动机功率更小，相应地发动机的输出功率得到提升，提升燃油经济性。

最后，第一涡旋体和第二涡旋体相互啮合而围成多对径向对称的空腔，沿径向对称的两空腔中，其中一空腔中的空气沿径向各向的压力与另一空腔中的空气沿径向各向的压力相互抵消，使得涡旋式机械增压器工作时平稳，基本不会出现晃动，振动噪声非常小，极大提高了整车的舒适性。

附图说明

图1是本发明具体实施例的涡旋式机械增压器的立体结构示意图；

图2是本发明具体实施例的涡旋式机械增压器的立体分解示意图；

图3是图1沿AA方向的剖面结构示意图；

图4～图8是本发明具体实施例的涡旋式机械增压器压缩空气的原理示意图；

图9是图1沿BB方向的剖面结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

参照图1～图3，本实施例的涡旋式机械增压器包括：

偏心主轴1，包括同轴的第一轴11和第二轴12、两端分别连接第一轴11和第二轴12的第三轴13，第三轴13与第一轴11平行且不同轴，当第一轴11和第二轴12绕自身中轴线自转时，第三轴13绕第一轴11的中轴线公转；

分别套设在第一轴11和第二轴12上且对接设置的第一定盘21和第二定盘22，当偏心主轴1转动时，第一轴11能够相对第一定盘21、第二轴12能够相对第二定盘22自转，两定盘沿轴向相互面对的两端面对接而形成有一腔室20；

套设在第三轴13上且位于腔室20中的转盘23，转盘23与腔室20沿径向方向的侧壁之间具有空隙，当第一轴11转动时，由于第一轴11与第三轴13不同轴，转盘23与腔室20侧壁之间的空隙允许第三轴13带动转盘23在腔室20中相对两定盘围绕第一轴11的中轴线公转；

转盘23沿轴向的两端分别设有两围绕第三轴13中轴线涡旋的第一涡旋体31，两第一涡旋体31为同一涡旋体沿轴向方向的两端部；

沿轴向方向，第一定盘21朝向转盘23的一端、第二定盘22朝向转盘23的一端分别设有两第二涡旋体32，第一定盘21上的第二涡旋体32围绕第一轴11的中轴线涡旋，第二定盘22上的第二涡旋体32围绕第二轴12的中轴线涡旋，每个第二涡旋体32与同侧的第一涡旋体31互为共轭对称涡旋体而相互啮合，在转盘23、转盘23轴向一侧的第一涡旋体31、第二涡旋体32、定盘之间围成有若干呈月牙状的空腔33；

在第二定盘22中设有进气道220，进气道220连通若干空腔33中沿径向最远离第二轴21中轴线的空腔且具有位于第二定盘22外周面的进气口221，在第一定盘21和第二定盘22中设有出气道210，出气道210连通若干空腔33中最靠近第一轴21中轴线的的空腔且具有位于第一定盘21外周面的出气口211，其中，图1中第二定盘22中的出气道位于进气道220径向相对的另一侧而不可见，参照图3，第二定盘22中的出气道210从第一涡旋体31沿轴向与第二定盘22相抵的端部部分延伸至最靠近第一轴21中轴线的空腔中。

应用本实施例的涡旋式机械增压器，将涡旋式增压器安装在发动机的曲轴所在侧，第一轴11沿轴向背向第二定盘22伸出第一定盘21外并与曲轴传动连接，曲轴转动时通过传动连接带动第一轴11自转，第一轴11绕自身中轴线转动时，第三轴13带动转盘23绕第一轴11的中轴线公转。以第二轴12所在侧为例，涡旋式机械增压器的进气道220通过进气口221与发动机进气系统连通，出气道210通过出气口211连通至气缸中。外界空气通过发动机进气系统输送至进气道220并进入第一涡旋体31和第二涡旋体32啮合而围成的沿径向最远离第一轴11中轴线的空腔中。在转盘23带动第一涡旋体31相对第二涡旋体32公转过程中，由于第二涡旋体32静止，对应最外侧空腔33的第一涡旋体31和第二涡旋体32的两啮合位置沿第二涡旋体32的涡旋方向逐渐向第一轴11中轴线移动，在移动过程中，最外侧空腔的容积逐渐减小，其中的空气逐步向第一轴11中轴线移动并被逐步压缩，至该最外侧空腔33逐步成为沿径向最靠近第一轴11中轴线的空腔，最外侧空腔中的空气被逐步压缩至最靠近第一轴11中轴线的空腔33而进入出气道210，之后通过出气口211输送至气缸。在该过程中，第一涡旋体31和第二涡旋32体压缩空气的原理为：

结合参照图4，第一涡旋体31和第二涡旋体32相互啮合而形成有四个空腔，其中两个空腔33a沿径向位于外侧且径向对称，另两个空腔33b沿径向位于内侧且径向相对，在空腔33a中存有空气；

结合参照图5，图5为第一涡旋体31相对第二涡旋体32逆时针公转90°后的状态，沿第二涡旋体32的涡旋线，两个空腔33b合为一个空腔，空腔33a对应的第一涡旋体31和第二涡旋体32的啮合位置向基圆中心位置移动，使得空腔33a的容积减小，空腔33a中的空气被压缩；

结合参照图6，图6为第一涡旋体31相对第二涡旋体32逆时针公转180°后的状态，空腔33a的容积进一步减小，其中的空气进一步压缩；

结合参照图7，图7为第一涡旋体31相对第二涡旋体32逆时针公转270°后的状态，空腔33a的容积更进一步减小，其中的空气更进一步得到压缩；

结合参照图8，图8为第一涡旋体31相对第二涡旋体32逆时针公转360°后的状态，空腔33a的容积减小到图4所示空腔33b的容积，空腔33a中的空气体积被压缩到最小，之后，第一涡旋体31继续转动至图5所示状态下，两空腔33a合为一个空腔时，被压缩的空气输出至出气道210中。结合参照图5，在该状态下，在两空腔33a外侧还形成有一对半封闭的空腔33c，空气从进气道220进入空腔33c，之后随着第一涡旋体31公转，参考图4～图8，空腔33c中的空气被压缩至最内侧空腔中并导出。在第一涡旋体31往复公转过程中，第一涡旋体31和第二涡旋体32围成的若干空腔中，最外侧的空腔持续地输送空气至最内侧的空腔，空气持续地被压缩并导出至气缸中。这样，本实施例的涡旋式机械增压器的空气压缩过程是持续进行的，以实现发动机增压的目的。

首先，本实施例的涡旋式机械增压器整体结构尺寸特别是轴向尺寸非常小，涡旋式机械增压器不限于中、大排量发动机，可应用到各种排量的发动机上，应用范围不受限制。在实际应用中，第一涡旋体31和第二涡旋体32的轴向尺寸可根据应用车型来设置，例如当车辆排量较大时，可设置第一涡旋体31和第二涡旋体32具有较大轴向尺寸，第一涡旋体31和第二涡旋体32啮合形成的空腔容积较大，涡旋式机械增压器中空气流量较大，以满足大排量的要求。

其次，涡旋式机械增压器布置在发动机的曲轴所在侧，由于曲轴所在侧的空间较大，因此涡旋式机械增压器的径向尺寸具有较大的扩展空间，可根据需要增减第一涡旋体31和第二涡旋体32的圈数来调节涡旋式机械增压器的径向尺寸。例如当第一涡旋体31和第二涡旋体32的圈数较多时，第一涡旋体31和第二涡旋体32啮合而形成更多数量的空腔，最外侧空腔中的空气可以经过更大压缩而被压缩到很小体积，以提升涡旋式机械增压器的增压压力。

再者，第一涡旋体31和第二涡旋体32啮合而围成的若干空腔，可分为数对沿径向对称的空隙，每个空气压缩过程均对应有两个径向对称的最外侧空腔中的空气被压缩并导出至出气道中，因此涡旋式机械增压器对空气的压缩效率较现有的机械增压器高，获得相同的增压压力和增压空气流量时消耗的发动机功率更小，使得发动机的输出功率更大，提升燃油经济性。

最后，第一涡旋体和第二涡旋体相互啮合而围成多对径向对称的空腔，沿径向对称的两空腔中，其中一空腔中的空气沿径向各向的压力与另一空腔中的空气沿径向各向的压力相互抵消，第一涡旋体31和第二涡旋体32之间基本不会产生径向振动，使得涡旋式机械增压器工作时平稳，振动噪声非常小，极大提高了整车的舒适性。

在本实施例中，转盘23沿轴向两端均具有第一涡旋体31。但不限于此，作为变形例，还可以是：仅在转盘沿轴向一端设有第一涡旋体，相应地，在两定盘中为第一涡旋体周向抵靠的定盘设有第二涡旋体，第二涡旋体与第一涡旋体啮合，此时进气道和出气道设置在该第二涡旋体所在定盘。还可以是：两第一涡旋体是两独立的涡旋体，而非同一涡旋体，此时每个定盘中均设置有进气道和出气道，两定盘中的出气道连通气缸。另外，在本实施例中，第一涡旋体31和第二涡旋体32均为单涡旋线涡旋体。除此之外，作为变形例，第一涡旋体和第二涡旋体还可为双涡旋线涡旋体、或多涡旋线涡旋体，其中多涡旋线涡旋体的涡旋线不少于3个。当第一涡旋体和第二涡旋体采用双涡旋线涡旋体或多涡旋线涡旋体，则第一涡旋体和第二涡旋体啮合而围成的空腔数目较多，能够进一步提高涡旋式机械增压器运行的平稳性。

继续参照图3，第一涡旋体31具有轴向为偏心主轴1所穿过的端部310，从该端部310引出的涡旋线绕该端部310涡旋。其中，在第二轴12所在侧，第一涡旋体31和第二涡旋体32在对应第二轴12的位置相互啮合，端部310与第二轴12之间具有径向间隙，以允许第一涡旋体31公转时，端部310绕第二轴12公转。相应地，在第一轴11所在侧，第一涡旋体31和第二涡旋体32在对应第一轴11的位置相互啮合。

在本实施例中，结合参照图2、图3，由于两第一涡旋体31为同一涡旋体，进气道220和出气道210可以是位于同一定盘中，而不限于本实施例的布置。另外，在本实施例中，进气口221位于第二定盘22的外周面，而出气口211位于第一定盘21的外周面，但不限于此。若空间允许，作为变形例，进气口和出气口还可位于定盘的端面上。在应用中，可根据发动机的进气系统的进气管位置来设置涡旋式机械增压器的进气口位置，根据通向气缸中的进气管的位置来布置涡旋式机械增压器的出气口的位置。除位置外，进气道和出气道的数量也可根据需要来布置。

继续参照图3，进气道220的孔径大于出气道210的孔径。进气道220孔径较大，可以增加进入进气道220的进气量，这样最终到达气缸中的空气量也较多，气缸中的空气量多，可使气缸中的燃油充分燃烧，提高发动机的输出功率。当空气经涡旋式机械增压器压缩后生热并具有较强的热膨胀，出气道210的孔径较小，是为避免热膨胀空气大量涌入出气道210后对出气道210造成压迫而引起变形。如果出气道210的孔径较大，大量热膨胀空气进入连通气缸的进气管，进气管管壁会长期承受较强气压冲击，会加速损坏，降低使用寿命。

如前文所述，经涡旋式机械增压器压缩后的空气生热，温度较高，因此在通入气缸之前，需先对压缩的高温空气进行冷却。在本实施例中，出气道210通过出气口211与发动机的中冷器连通，从出气道210导出的增压空气会先通过发动机的中冷器，经中冷器吸热降温后导出至气缸中，以避免过热的空气在火花塞喷射电火花之前而早燃。为获得良好的冷却散热效果，在本实施例中，参照图1、图2，在第一定盘21沿轴向背向第二定盘22的端面分布有若干散热翅片10，第二定盘22沿轴向背向第一定盘21的端面分布有若干散热翅片10，每个定盘上的散热翅片10沿周向方向间隔分布，若干散热翅片作为气体冷却机构。增压空气产生的热量经转盘23、两定盘传递至若干散热翅片10，散热翅片10能强化传热，使热量向散热翅片10传输的速率增加，散热翅片10吸收热量后散失到外界大气中，以起到良好的散热效果。这样，涡旋式机械增压器中的增压空气的部分热量为若干散热翅片10吸收并散失掉，从出气口211导出的增压空气在到达中冷器之前，热量部分散失，温度已经得到降低，这能够减轻发动机中冷器的负担，降低发动机的中冷器的热负荷。若空间允许，也可在两定盘的外周面上设置散热翅片。

除此之外，作为变形例，还可以是：改变现有的中冷器位置，将中冷器安装到两定盘露在外部环境中的端面上。以作为气体冷却机构，这可以节约发动机安装空间，提高发动机的结构紧凑性。

在本实施例中，参照图2、图3，进气道220与腔室20连通，发动机进气系统输出的空气会进入到腔室20中，之后待第一涡旋体31公转至和第二涡旋体32啮合，而围成的沿径向最远离第一轴中轴线的空腔打开后，腔室20中的空气进入该最远离第一轴中轴线的空腔，并随即被压缩。其中，第一定盘21沿轴向方向与第二定盘22对接的端面中具有凹槽212，第一定盘21上的第二涡旋体32位于凹槽212中，并在两定盘对接时和对应的第一涡旋体31在凹槽212中啮合，第二涡旋体32和对应的第一涡旋体31的轴向尺寸约等于凹槽深度，以确保两定盘对接后第一涡旋体31与凹槽212的底面相抵，且第二涡旋体32与转盘23的端面相抵。相应地，第二定盘22沿轴向方向与第一定盘21对接的端面中具有另一凹槽(图中未示出)，第二定盘22上的第二涡旋体32位于该凹槽中，并和对应的第一涡旋体31在该凹槽中啮合。当第一定盘21和第二定盘22对接时，两定盘的两凹槽对接在一起而围成腔室20。作为变形例，当涡旋式机械增压器仅具有一对啮合的第一涡旋体和第二涡旋体时，则仅在第二涡旋体所在定盘端面中具有凹槽，第二涡旋体位于凹槽中，沿轴向方向，该凹槽与另一定盘的端面围成所述腔室。

如前文所述，两第一涡旋体31沿轴向分别与两两定盘的凹槽底面抵靠，第一涡旋体31的涡旋线与凹槽底面之间基本无缝隙，且，每个第二涡旋体32与转盘23的端面轴向抵靠，第二涡旋体32的涡旋线与转盘23的端面之间基本无缝隙，这是为避免第一涡旋体31和第二涡旋体32啮合而围成的空腔中空气泄露，以提高压缩效率。为对第一涡旋体31和相应的第二涡旋体32围成的空腔更好密封，结合参照图2、图9，在第一涡旋体31的涡旋线沿轴向背向转盘23的端面中、在第二涡旋体32的涡旋线沿轴向朝向转盘23的端面中设有密封条30，第一涡旋体31上的密封条30在第一涡旋体31的涡旋线和凹槽底面之间形成良好密封，第二涡旋体32上的密封条30在第二涡旋体32的涡旋线和转盘23的端面之间形成良好密封，更好地避免空腔中的空气泄漏。尤其是，当空腔中的空气被压缩后热膨胀，很容易从第一涡旋体31的涡旋线与凹槽底面之间、第二涡旋体32的涡旋线和转盘23的端面之间的间隙中冲出，而密封条30能很好地密封该间隙以防止空气冲出，起到良好的密封效果。

除密封效果外，密封条30也能增强第一涡旋体31的涡旋线与两定盘的凹槽底面之间、第二涡旋体32的涡旋线与转盘23端面之间的耐磨特性，延长第一涡旋体31、第二涡旋体32的使用寿命。对密封条30的形成方法可以是：在制造阶段，可在第一涡旋体31和第二涡旋体32的涡旋线对应密封条30的位置设置密封槽，再将聚四氟乙烯材料注塑在密封槽中以形成密封条30。

另外，第一定盘21与第二定盘22对接的端面中也设有密封条30，密封条30环绕偏心主轴1，以起到第一定盘21和第二定盘22之间的密封作用，其目的在于避免从进气道220通入腔室20的空气泄露。除此之外，作为变形例，还可以是：在第二定盘与第一定盘贴合的端面中设置有密封条。第一定盘和第二定盘之间的密封条数目不受本实施例方案的限制，可根据需要设定其数目。

在本实施例中，转盘23与腔室20侧壁之间具有适合的空隙，以允许转盘23公转。为避免转盘23自转，参照图2、图3，转盘23包括本体231、从本体231沿径向向外延伸且沿周向间隔分布的四个第一限位部232，其中第一涡旋体31与本体231固定连接。相应地，凹槽212与转盘23的形状基本相同，也就是凹槽212和转盘23沿轴向方向的投影形状相同，即，沿轴向方向，凹槽212的中心区域对应转盘23的本体231，凹槽212从中心区域向外延伸的四个延伸区域分别对应四个第一限位部232，这样凹槽212的每个延伸区域的周向两侧为两第二限位部222。当转盘23公转时，本体231能够在凹槽212的中心区域公转，每个第一限位部232与对应的凹槽延伸区域侧壁之间具有间隙以允许第一限位部232可在该延伸区域公转，其中每个第一限位部232沿周向两侧的两第二限位部222，可通过第一限位部232限制转盘23自转，例如当转盘23具有自转趋势时，第一限位部232会碰到第二限位部222，而无法将自转趋势转化为有效自转。在本实施例中，四个第一限位部232沿周向均匀分布。但，对第一限位部的数量不受本实施例的限制，可以为至少一个，可根据实际需要来设定，相应地，凹槽的形状也要根据转盘来设计。另外，第一限位部的分布情形也不受本实施例方案的限制，也就是不限于均匀分布。

进一步地，参照图2、图9，沿轴向方向，每个第一限位部232和第一定盘21、第二定盘22之间通过一偏心副轴4连接。该偏心副轴4包括第一轴41、第二轴42和位于第一轴41与第二轴42之间的第三轴43，第一轴41和第二轴42同轴，但和第三轴43不同轴，第一轴41伸入第一定盘21中的限位槽中，第二轴42伸入第二定盘22中的限位槽中，第一限位部232套设在第三轴43上。当转盘23公转时，第一限位部232驱使第三轴43绕第一轴41的中轴线公转，而第一轴41和第二轴42分别相对第一定盘21和第二定盘22绕自身中轴线自转，该偏心副轴4进一步阻挡转盘23自转。本实施例的偏心主轴4为防自转机构，被称为曲柄销式防自转机构，其中第三轴43为曲柄销，一端与第二轴42一体成型，另一端与第一轴41通过销子44连接。除本实施例方案外，作为变形例，第一限位部与两定盘之间的防自转机构还可以是圆柱销或十字环。以圆柱销为例，圆柱销的两端分别与两定盘固定安装，第一限位部套装在圆柱销上且与圆柱销之间具有径向间隙，该间隙允许第一限位部公转，若转盘具有自转趋势，圆柱销在周向方向上对第一限位部形成限位，以通过第一限位部阻止转盘自转。此为本领域技术人员所熟知的技术，不再详述。但本实施例的曲柄销式防自转机构能够承受较大的径向载荷且耐磨特性高。

在本实施例中，参考偏心副轴4的结构，偏心主轴1的第一轴11与第三轴13为一体成型，第三轴13与第二轴12之间通过销子14连接。偏心主轴1和偏心副轴4作相似设计，是为满足涡旋式机械增压器的装配需要。在涡旋式机械增压器装配时，第三轴13与第二轴12分离，先将转盘23从第三轴13未与第一轴11连接的一端套装在第三轴13上，将偏心副轴4的第三轴43未与第二轴42连接的一端穿过第一限位部232；之后，将第二轴12与第三轴13通过销子14连接，将第二轴42与第三轴43通过销子44连接，转盘23被装配到偏心主轴1上，偏心副轴4也被安装到第一限位部232上；最后，对接第一定盘21和第二定盘22，偏心主轴1的第一轴11和第二轴12、偏心副轴4的第一轴41和第二轴42分别伸入至两定盘相应的限位槽中。

在本实施例中，参照图9，第一轴11和第一定盘21之间套装有第一浮动轴承110，第一定盘21和第一轴11之间通过第一浮动轴承110支承，第一浮动轴承110沿径向方向分别与第一定盘21和第一轴11之间具有间隙；

第二轴12和第二定盘22之间套装有第二浮动轴承120，第二轴12和第二定盘22之间通过第二浮动轴承120支承，第二浮动轴承120沿径向方向分别与第二定盘22和第二轴12之间具有间隙；

第三轴13和转盘23之间套装有第三浮动轴承130，第三轴13和转盘23之间通过第三浮动轴承130支承，第三浮动轴承130沿径向方向分别与转盘23和第三轴13之间具有间隙。

中第一浮动轴承110中具有沿径向贯穿轴承的多个第一油孔111，在第二浮动轴承120具有沿径向贯穿轴承的多个第二油孔122，第三浮动轴承130中具有沿径向方向贯穿轴承的多个第三油孔133。通过在偏心主轴中设置油道(图中未示出)，油道与发动机的润滑油系统连通，并与偏心主轴1的外周面连通，润滑油通过油道导出至偏心主轴1的外周面，并沿偏心主轴1到达三个浮动轴承位置，以对第一浮动轴承110、第二浮动轴承120和第三浮动轴承130供油。具体地，通过第一油孔111，在第一浮动轴承110沿径向分别与第一轴11和第一定盘21之间的间隙中形成有油膜；通过第二油孔122，在第二浮动轴承120分别与第二轴12和第二定盘22之间的间隙中形成有油膜；通过第一三油孔133在第三浮动轴承130分别与第三轴13和转盘23之间的间隙中形成有油膜。

由于偏心主轴1转动时，第一轴11和第二轴12是同步自转，第一浮动轴承110和第二浮动轴承120的工作过程基本同步。因此，以第一浮动轴承110为例，第一浮动轴承110能够随第一轴11转动，第一浮动轴承110与第一轴11和第一定盘21之间的润滑油具有摩擦力，第一浮动轴承110的转速小于第一轴11的转速，这样当发动机高负荷运行时，第一轴11具有较高转速，而第一浮动轴承110转速较低。因此，第一浮动轴承110能适应发动机高负荷运行的场合，相比之下，普通的轴承很难承受偏心主轴1的高速转动。而且，第一浮动轴承110与第一定盘21和第一轴11之间的油膜能够缓冲偏心主轴1的径向振动。另外，相比于具有滚动体的普通轴承，第一浮动轴承110与第一定盘21和第一轴11之间具有油膜，当偏心主轴1转动时，第一浮动轴承110与第一定盘21和第一轴11之间不会因摩擦而产生高热，第一浮动轴承110与第一定盘21和第一轴11具有较长使用寿命，涡旋式机械增压器亦具有较长使用寿命。对于第三浮动轴承130，在第三轴13公转时，第三浮动轴承130会与转盘23和第三轴13之间形成径向碰撞，此时第三浮动轴承130分别与第三轴13和转盘23之间的油膜能够缓该径向碰撞，避免引起振动和碰撞损伤。

另外，考虑到发动机低负荷运行是常态，这样涡旋式机械增压器的偏心主轴1通常为低速转动。因此，也可使用轴瓦或滚针轴承来代替浮动轴承，轴瓦或滚针轴承对润滑的要求低于浮动轴承对润滑的要求。

需要说明的是，本实施例中，在偏心主轴中设有油道。作为变形例，还可以是：在该油道上开设三条支路，油道通过该三条之路分别与第一浮动轴承、第二浮动轴承和第三浮动轴承位置的偏心主轴外表面连通，此时油道通过三个支路分别对三个浮动轴承提供润滑油。除此之外，还可以是：在第一定盘中设置有油道，该油道连通第一轴外周面；和/或，在第二定盘中设置有油道，该油道连通第二轴外周面，这样润滑油沿第一轴外周面和第二轴外周面流动至三个浮动轴承的位置。

在本实施例中，为实现第一浮动轴承110的预紧效果，在第一浮动轴承110的轴向两侧分别设有两第一限位件101，两第一限位件101对第一浮动轴承110进行轴向两相反方向限位。具体地，在第一定盘21的内圆周面中设有收容槽(图中未标号)，该收容槽沿轴向背向第三轴13贯穿第一定盘21，第一浮动轴承110收容于该收容槽中，其中收容槽沿轴向靠近第三轴13的侧壁作为一第一限位件101。在装配过程中，将第一浮动轴承110从第一轴11未与第三轴13连接的一端套在第一轴11上并限位在收容槽中，之后将一推力轴承固定安装在第一轴11上，推力轴承能够承受轴向负荷，作为另一第一限位件101，至此，第一浮动轴承110被限位在两第一限位件101之间。作为变形例，位于第一浮动轴承110外侧的第一限位件101不限于推力轴承，还可选择其他可行的限位件。

为对第二浮动轴承120的预紧，在第二浮动轴承120的轴向两侧分别设有两第二限位件102，两第二限位件102对第二浮动轴承120进行轴向两相反方向限位。为满足装配要求，两第二限位件102的结构设置可参考第一限位件101，作如是布置。为对第三浮动轴承130预紧，在第三浮动轴承130的轴向两侧分别设有两第三限位件103。第三浮动轴承130收容于转盘23内圆周面的收容槽中，该收容槽沿轴向背向第一轴11贯穿转盘23。在装配过程中，在第三轴13和第二轴12未通过销子14连接之前，先将第三浮动轴承130套装在第三轴13上，收容槽靠近第一轴11的侧壁作为一第三限位件103，之后在第三轴130上套装一弹性垫圈作为另一第三限位件103，最后使用销子14连接第二轴12和第三轴13。考虑到转盘23在公转时，第三浮动轴承130分别与第三轴13和转盘23之间会发生碰撞，因此第一限位件不宜使用推力轴承，而应使用具有一定弹性的部件。

在本实施例中，偏心主轴1外周面具有润滑油，尤其是第一浮动轴承110分别与第一轴11和第一定盘21之间、第二浮动轴承120分别与第二轴12和第二定盘22之间、第三浮动轴承130分别与第三轴13和转盘23之间的油膜需作为常态而存在，因此需要做好偏心主轴1外周面密封，以防止润滑油泄露。参照图9，第一轴11上位于外侧的第一限位件101与第一浮动轴承110轴向相对的另一侧，在定盘21与第一轴11之间设有围绕第一轴11的第一密封圈51；在第二定盘22沿轴向背向第一定盘21的端面设有第二端盖62，第二端盖62沿轴向盖设于第二定盘22上，在第二端盖62与第二定盘22之间设有第二密封圈52。第一密封圈51和第二密封圈52沿轴向两个方向将偏心主轴1表面的润滑油密封在涡旋式机械增压器内，防止漏油。在本示例中，第一密封圈51为油封，套装在第一轴11上且沿径向分别与第一定盘21内周面和第一轴11外周面贴合，第二密封圈52为O型圈并嵌入第二定盘22端面的O型槽中。

另外，在第一定盘21沿轴向背向第二定盘22的端面设有第一端盖61，第一端盖61和第一定盘21之间为面面贴合，且第二端盖62和第二定盘22之间为面面贴合，第一端盖61和第二端盖62沿轴向两个方向对涡旋式机械增压器内部环境进行密封，不仅避免外界灰尘等杂质进入涡旋式机械增压器，也防止涡旋式机械增压器内部空气和润滑油泄漏。其中第一端盖61可通过螺栓连接在第一定盘21上，第二端盖62可通过螺栓连接在第二定盘22上。这样，涡旋式机械增压器的密封设置不受本实施例方案的限制，作为变形例，第一密封圈和第二密封圈的设置可以是：在第三轴沿轴向一侧，在第一端盖与第一定盘之间、和/或在第一限位件和第一浮动轴承轴向相对的另一侧的第一轴与第一定盘之间设有环绕第一轴的第一密封圈；且，在第三轴另一侧，在第二端盖与第二定盘之间、和/或在第二限位件和第二浮动轴承轴向相对的另一侧的第二轴与第二定盘之间设置有环绕第二轴的第二密封圈。

在考虑到转盘23公转时，由于转盘23相对偏心主轴1具有较大重力，转盘23会通过第三轴13而对偏心主轴1产生较大径向向外的离心力，第一轴11和第二轴12会受到较大离心力作用而产生较大转动磨损，缩短机械寿命。因此，在本实施例中，参照图9，在第一定盘21沿轴向背向第二定盘22的端面设有第一环形槽201，第一环形槽201环绕第一轴11；

在第二定盘22沿轴向背向第一定盘21的端面设有第二环形槽202，第二环形槽202环绕第二轴12。在第一环形槽201的位置，在第一轴11上固定安装有第一平衡重81，在第二环形槽202的位置，在第二轴12上固定安装有第二平衡重82。在偏心主轴1转动时，第一平衡重81可随第一轴11在第一环形槽201中绕第一轴11的中轴线公转，第二平衡重82在第二环形槽202中绕第二轴12的中轴线公转。转盘23随第三轴13公转，第一平衡重81和第二平衡重82分别设置在第一轴11和第二轴12端部，分别对第一轴11和第二轴12进行加重，可以抵消转盘23公转过程产生的离心力作用，消除转盘23和偏心主轴1组成的偏心旋转机构的动不平衡，减小转盘23公转而引起的转动磨损，延长使用寿命。

在本实施例中，第一平衡重81与第一轴11之间通过螺栓91固定连接，第二平衡重82与第二轴12之间通过螺栓92固定连接。在装配第一平衡重81时，参照图9，首先将第一定盘21套装在第一轴11上，并依次装上第一浮动轴承110、第一限位件101和第一密封圈51，接着将第一限位盖板131穿过第一轴11后与第一环形槽201沿轴向朝向外侧的底面固定连接，第一限位盖板131进一步对第一密封圈51、第一限位件101和第一浮动轴承110进行轴向限位；之后，将第一平衡重81安装在第一轴11上；最后，将第一端盖61盖设在第一定盘21的端面上，以密封第一环形槽201。

相应地，在装配第二平衡重82时，首先将第二定盘22套装在第二轴12上，并依次装上第二浮动轴承120、第二限位件102，接着将第二限位盖板132穿过第二轴12后与第二环形槽202沿轴向朝向外侧的底面固定连接，第二限位盖板132进一步对第二限位件102和第二浮动轴承120轴向限位；之后，将第二平衡重82固定在第一轴11上；最后，将第二端盖62盖设在第二定盘22的端面上，以密封第二环形槽202。

本发明还提供一种发动机，该发动机包括上述涡旋式机械增压器。其中，第一轴11背向第二定盘12穿过第一定盘21、第一端盖61，第一轴11位于第一定盘21外的端部固定连接有带轮113，第一轴11通过带轮113与曲轴上的相应带轮传动连接，曲轴转动时通过该传动连接驱使偏心主轴1转动并带动转盘23公转。其中带轮113与第一轴11之间为平键联接或花键连接，在带轮113固定套装在第一轴11上后，使用紧固螺栓15与第一轴11端部连接以对带轮113进行轴向固位。在应用中，传动连接为皮带传动或链条传动。

在应用中，发动机中可仅设置一涡旋式机械增压器，还可以是：还包括一涡轮增压器，涡旋式机械增压器和涡轮增压器一起组成机械-涡轮增压器，一起组成机械-涡轮双增压发动机，其中涡旋式机械增压器的出气口和涡轮增压器的进气口连通。

本发明还提供一种汽车，包括具有涡旋式机械增压器的发动机。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (21)

1.一种涡旋式机械增压器，其特征在于，包括：

偏心主轴，包括同轴的第一轴和第二轴、两端分别连接第一轴和第二轴的第三轴，所述第三轴与第一轴平行且不同轴；

分别套设在所述第一轴和第二轴上的两定盘，所述第一轴和第二轴能够分别相对两定盘转动，所述两定盘沿轴向相互面对的两端面对接而形成有一腔室；

套设在所述第三轴上且位于所述腔室中的转盘，所述第三轴能够带动转盘在所述腔室中相对两定盘围绕第一轴中轴线公转；

所述转盘的轴向两端中，至少一端设有绕第三轴中轴线涡旋的第一涡旋体；

沿轴向方向，每个所述第一涡旋体所在侧的定盘朝向转盘的一端设有绕第一轴中轴线涡旋的第二涡旋体，所述第一涡旋体和第二涡旋体沿轴向方向相互啮合，在所述第一涡旋体、第二涡旋体、转盘和第二涡旋体所在定盘之间围成若干空腔；

设有所述第二涡旋体的定盘中设有进气道和出气道，所述进气道连通所述若干空腔中沿径向最远离第一轴中轴线的空腔、且具有位于定盘外表面的进气口，所述出气道连通若干空腔中沿径向最靠近第一轴中轴线的空腔、且具有位于定盘外表面的出气口。

2.如权利要求1所述的涡旋式机械增压器，其特征在于，所述转盘沿轴向的两端均设有第一涡旋体，两所述第一涡旋体为同一涡旋体沿轴向的两端部。

3.如权利要求2所述的涡旋式机械增压器，其特征在于，在所述两定盘中，其中至少一定盘中设有所述进气道。

4.如权利要求1所述的涡旋式机械增压器，其特征在于，具有所述第二涡旋体的定盘沿轴向背向另一定盘的端面设置有气体冷却机构。

5.如权利要求4所述的涡旋式机械增压器，其特征在于，所述气体冷却机构为：中冷器；或者，分布在端面上的若干散热翅片。

6.如权利要求1所述的涡旋式机械增压器，其特征在于，所述第二涡旋体所在定盘端面中具有凹槽，所述第二涡旋体位于凹槽中，沿轴向方向，所述凹槽与另一定盘围成所述腔室。

7.如权利要求6所述的涡旋式机械增压器，其特征在于，所述转盘包括本体、从所述本体沿径向向外延伸的第一限位部，所述第一涡旋体与本体连接；

所述凹槽具有对应第一限位部的延伸区域，在所述延伸区域的周向两侧具有两第二限位部，所述两第二限位部对第一限位部周向限位。

8.如权利要求7所述的涡旋式机械增压器，其特征在于，沿轴向方向，每个所述第一限位部沿和两定盘通过防自转机构连接。

9.如权利要求8所述的涡旋式机械增压器，其特征在于，所述防自转机构为：曲柄销式防自转机构、圆柱销或十字环。

10.如权利要求1所述的涡旋式机械增压器，其特征在于，所述第一轴和第一轴上的定盘之间、所述第二轴和第二轴上的定盘之间、所述第三轴和转盘之间套装有浮动轴承、轴瓦或滚针轴承。

11.如权利要求10所述的涡旋式机械增压器，其特征在于，在所述偏心主轴和/或定盘中设有连通偏心主轴外周面的油道。

12.如权利要求10所述的涡旋式机械增压器，其特征在于，所述第一轴和第一轴上的定盘之间、所述第二轴和第二轴上的定盘之间套装有浮动轴承；

在所述第一轴上的浮动轴承的轴向两侧分别设有两第一限位件，所述两第一限位件对浮动轴承轴向限位；

在所述第二轴上的浮动轴承的轴向两侧分别设有两第二限位件，所述两第二限位件对浮动轴承轴向限位。

13.如权利要求10所述的涡旋式机械增压器，其特征在于，所述第三轴和转盘之间套装有浮动轴承；

在所述第三轴上的浮动轴承的轴向两侧分别设有两第三限位件，所述两第三限位件对浮动轴承轴向限位。

14.如权利要求12所述的涡旋式机械增压器，其特征在于，在所述两定盘沿轴向相互背对的两端面分别设有两端盖，所述两端盖沿轴向分别盖设在两定盘上。

15.如权利要求14所述的涡旋式机械增压器，其特征在于，在所述第三轴沿轴向一侧，在所述端盖与定盘之间、和/或在所述浮动轴承和第三轴轴向相对的另一侧的偏心主轴与定盘之间设有环绕偏心主轴的第一密封圈；且，

在所述第三轴沿轴向另一侧，在所述端盖与定盘之间、和/或浮动轴承和第三轴轴向相对的另一侧与定盘之间设有环绕偏心主轴的第二密封圈。

16.如权利要求1所述的涡旋式机械增压器，其特征在于，在所述第一涡旋体的涡旋线沿轴向背向转盘的端面、在所述第二涡旋体的涡旋线沿轴向朝向转盘的端面设有密封条。

17.如权利要求1所述的涡旋式机械增压器，其特征在于，在每个定盘沿轴向背向另一定盘的端面设有一环形槽，所述环形槽环绕偏心主轴；

对应每个环形槽的位置，在偏心主轴上固定安装有一个平衡重，每个平衡重能够随偏心主轴在环形槽中转动。

18.如权利要求1所述的涡旋式机械增压器，其特征在于，所述第一涡旋体和第二涡旋体为单涡旋线涡旋体或多涡旋线涡旋体，所述多涡旋线涡旋体包括至少两个涡旋线。

19.一种发动机，其特征在于，包括权利要求1～18任一所述的涡旋式机械增压器；

所述第一轴具有沿轴向背向第二轴伸出定盘外的端部，所述端部与曲轴为传动连接，所述曲轴通过所述传动连接驱使偏心主轴转动并带动转盘公转。

20.如权利要求19所述的发动机，其特征在于，还包括涡轮增压器，所述涡旋式机械增压器的出气口和涡轮增压器的进气口连通。

21.一种汽车，其特征在于，包括权利要求19或20的发动机。