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国外内
燃机
小型化发动机用新型罗茨增压器
【美】P.W.WetzelJ.P.Trudeau
2014年第3期
摘要：汽车制造商不断致力于进一步降低发动机的燃油耗和二氧化碳排放，在这方面的重要举措
是采用较小排量但具有较高升功率的小型化发动机。Eaton公司专门为这一用途开发了在低转速区域具有高效率的新一代罗茨增压器。
关键词：小型化发动机罗茨增压器燃油耗
1起因
Eaton公司开发了一种具有高容积效率双螺旋转子(TVS)的V系列罗茨增压器。为了优化这种罗茨增压器在低转速区域的工作能力，已专门对其进行了改进，使之可适用于排量较小，但在低转速区域必须具有高扭矩的汽油机和柴油机用串联式多级
增压系统。 2开发
与以往的罗茨增压器相比，Eaton公司进一步优化了目前使用的TVS-R系列罗茨增压器在中等至高转速范围内的工作能力，但对其在低转速区域的高工作能力也有很大的市场需求。因此，为TVS-V 系列罗茨增压器开发了全新结构的转子。为了优化低转速区域的容积效率，必须降低转子在空气出口处高压与空气进口处低压之间的泄漏损失。
原则上，罗茨增压器是一种旋转活塞式增压器，空气被包围在转子螺旋翼与壳体之间的腔室中，转子每转1圈就能输送一定的空气量。转子螺旋翼的数量、螺旋翼相对于纵轴的螺旋上升角、空气进口关闭与空气出口开启之间的扭转角，以及转子的长度直径比(L/D)等因素对机械式增压器的等摘容积效率起着决定性的作用。改变上述相互依赖的因素就能优化期望的运行范围内的等摘容积效率，其中，螺旋翼的数量和转子的L/D对低转速范围的容积效率影响最大。Eaton公司对转子的L/D减少潜在泄漏量的相关特性进行了试验研究。图1和表1表明，最佳的L/D应为1.0，因此选择该值作为开发 TVS-V系列罗茨增压器的起点。图1中，L/D为 0.9～1.2时，曲线相对较平坦，这表明该区间泄漏量
①为了符合原著本意，本文仍沿用原著中的非法定单位一—编注。
万方数据
涡轮增压器的差别较小，
0.20.40.60.81.01.21.41.61.8
转子的L/D
图1转子的L/D对泄漏量的影响
表1Eaton公司各种型号罗茨增压器的L/D
罗茨增压器型号
第5代 TVS-R系列 TVS-V系列
L/D 1.2~2, 0 1.5~1.8 1. 0~1.2
此外，转子螺旋翼的数量对泄漏量也具有很大的影响。转子的螺旋翼越少，泄漏量就越小，因为在密封面积保持相同的情况下，螺旋翼之间能够包围更多的空气，若螺旋翼较多，则相同的空气量必须被包围在较小的腔室中，这会增大密封面积。然而，只有2个螺旋翼的转子虽然密封面积减少了，但所产生的增压压力波动不容忽视，而采用三翼转子则能在低转速区域的高容积效率与噪声-振动-平顺性之间取得最佳平衡。因此，Eaton公司为TVS-V系列罗茨增压器选择了具有3个螺旋翼的转子。
对TVS-V系列罗茨增压器转子螺旋翼的螺旋角和扭转角也重新进行设计。图2示出了在供气量为400cm"/360°的情况下，R系列和V系列转子的差异。图2是将V400三翼转子重叠在R410四翼