具有受调节的回流动作的增压器的制作方法

本发明一般地涉及一种增压器系统。更具体地，一种通过使冷却空气从中冷器回流到增压器而获得高压力比和低出口温度的增压器系统。

背景技术：

增压器能够实施为向燃烧发动机供给压缩空气。当空气被压缩时，于是能够供给更多的空气，使得车辆能够产生更多的功率。有各种不同的增压器可用，包括气波式、罗茨式、双螺杆式和离心式。它们的不同之处在于空气被压缩以及空气移动至发动机进气歧管的方式。

罗茨式增压器是正排量泵，其迫使空气围绕转子的外周并且将空气吹入歧管。因此，罗茨式增压器有时被称作“鼓风机”。更具体地说，罗茨式增压器具有两个逆向旋转的叶形转子。随着转子旋转，两个转子将空气捕集在转子之间的空隙中并且将其朝着出口/排出口推靠于壳体而进入发动机进气歧管。通过以比发动机消耗空气的速度更高的速度使空气移入歧管，建立起压力。

由于其简单的设计，罗茨式增压器得到广泛使用。然而，罗茨式增压器具有一些缺点。当被捕集空气的腔室对发动机进气歧管敞开时，按照热力学和流体力学原理，发动机进气歧管中的加压空气反向流动到增压器中。此外，可能在转子之间存在由间隙引起的空气泄漏，或者由转子叶片与壳体之间的间隙引起的泄漏，所述间隙是为热膨胀容差而提供的。空气的反向移动和空气泄漏都引起罗茨式增压的低热效率。并且，由于其产生高排出温度的本性，它会减损发动机性能。例如，当排出空气的温度升高时，它会引起发动机的爆震、过度磨损或热损坏。

在许多正排量压缩装置例如往复式压缩机中，通过减小由气体占据的体积来增大压力。例如，活塞以物理方式将大体积的气体压缩为更小体积以增大压力。然而，在罗茨式装置中，没有像活塞那样的机构来压缩气体。罗茨式鼓风机从低压吸入侧汲取空气并且使该空气移到高压出口侧。当由罗茨式增压器汲取的低压空气与高压出口侧接触时，于是发生回流动作，由此高压气体从出口回流到增压器中而将低压气体压缩为更高压的气体。因此，增压器中的气体压缩是通过该回流动作发生的。根据热力学原理，这也将被压缩的低压气体加热至更高温度。在气体压缩之后，罗茨式增压器的叶片将压缩空气从增压器挤出到高压出口侧。

通常，罗茨式增压器将出口处可用的热的高压空气用于回流动作。然而，可能通过使用中冷器之后可用的相对较冷的高压气体来冷却罗茨式压缩机。但是，确定获得为增压器提供最低工作温度、同时提供最高工作效率的最佳回流动作所需的回流槽口尺寸、布置和几何形状仍是问题。

技术实现要素：

为了提高增压，用术语来说就是发动机的压力比，需要高压力比。压力比表示增压器之前的绝对空气压力与增压器进行的压缩后的绝对空气压力之比。在越高的压力比或增压下，越大的空气质量被输送给发动机，从而允许更大量的燃料燃烧，也得到更高的功率输出。

在一个实施例中，一种轴向入口、径向出口式增压器包括管状壳体。该管状壳体包括入口平面(IP)和出口平面(OP)。入口平面垂直于出口平面。转子安装凹部(1030，1020)位于平行于入口平面的入口壁(1063)的内表面中。三角形出口(104)在出口平面中。入口(101)在入口平面中。至少两个轴流回流端口(1222)在入口平面(IP)中。

在另一实施例中，一种轴向入口、径向出口式增压器包括管状壳体，该管状壳体包括入口平面(IP)和出口平面(OP)。入口平面垂直于出口平面。转子安装凹部(1030，1020)位于平行于入口平面的入口壁(1063)的内表面中。入口轴线(IA)在转子安装凹部之间居中。三角形出口(104)在出口平面中。入口(101)在入口平面中。带叶片的转子(102，103)各自都包括与入口轴线(IA)平行的旋转轴线。当转子旋转时，叶片沿着入口轴线(IA)顺次地啮合。各叶片沿着它们各自的转子的长度扭转。这些叶片被设定时间为(在时间上被调定为，are timed to)使入口相对于出口流体地密封。至少两个回流端口(122，1222)在管状壳体中。

一种控制增压器系统的方法包括使用增压器泵送空气，该增压器包括入口、出口和回流端口。所泵送的空气能在中冷器中冷却并且排向燃烧发动机。计算装置能接收和处理来自传感器的传感器信号。接收到的传感器信号能与预定值相比较以确定回流导管中的阀的开度，回流导管被连接成将排出的空气从中冷器转移至回流端口。并且，根据该比较，能够调节阀的开度。

优选地，本发明的增压器还包括前板，该前板通过调整距离与管状壳体的入口壁分开。还优选地，该增压器还包括所述前板中的通道，所述通道与所述至少两个轴流回流端口中的各个对齐。再优选地，该增压器还包括所述入口壁与所述前板之间的底板，所述底板使所述入口与所述至少两个轴流回流端口流体地分开。

在一个实施例中，所述带叶片的转子包括可旋转的第一转子(第一可旋转转子)和可旋转的第二转子(第二可旋转转子)，所述可旋转的第一转子和可旋转的第二转子中的每一个都包括至少三个叶片，在各叶片之间形成有相应的空隙，当空隙与所述至少两个轴流回流端口中的一个对准时，所述至少两个轴流回流端口中的所述一个定向为向该空隙提供来自所述中冷器的冷却空气，并且当向所述空隙提供冷却空气时，所述空隙相对于所述入口和所述出口被密封。

在一个实施例中，所述带叶片的转子包括可旋转的第一转子和可旋转的第二转子，所述可旋转的第一转子和可旋转的第二转子中的每一个都包括至少三个相邻叶片，在各相邻叶片之间形成有相应的空隙，当相应的空隙中的一个与所述至少两个回流端口中的一个对准时，所述至少两个回流端口中的所述一个定向为向一个相应的空隙提供来自所述中冷器的冷却空气，并且当向所述一个相应的空隙提供冷却空气时，所述一个相应的空隙相对于所述入口和所述出口被密封。

应理解的是，前面的概述及随后的详细描述仅仅是示例性和说明性的，而不是对所要求保护的发明的限制。

附图说明

并入本说明书中并构成本说明书一部分的附图例示了几个实施例并且与所作说明一起用来解释工作原理。

图1A是带有冷却空气回流导管的增压器系统的示意图。

图1B是带有冷却空气回流导管并且具有空气旁通导管的增压器系统的示意图。

图1C是带有组合的空气回流和空气旁通导管的增压器系统的示意图。

图2A-2C是控制系统的示例。

图3是示出压力比的图表。

图4A是示出没有冷却空气回流的增压器的温度分布的模拟结果。

图4B是示出有冷却空气回流的增压器的温度分布的模拟结果。

图5是罗茨式增压器的一个示例。

图6A-6D是增压器主壳体的各视图。

图7是替代的增压器主壳体的视图。

图8是叶片之间的空气传递的视图。

图9是叶片之间的空气传递的替代视图。

图10是叶片正时的相位图的比较。

具体实施方式

现在将详细参照本发明的示例性实施方式，其示例示出在附图中。只要可能，在所有图中将使用相同的附图标记指代相同或相似的部分。粗箭头线表明空气流动方向，除非另作说明。

图1示出增压器系统10，其用于通过对回流空气的调节来控制增压器100的出口条件。增压器100可具有空气入口101、腔室105和出口104。增压器系统10是回流控制系统，用于控制回流动作以调节增压器100的出口104处的温度。增压器100是正排量空气泵，并且可以是罗茨式或不同类型的，例如螺杆式。当主动地吹送或泵送空气时，随着空气通过腔室105，增压器100加热该空气。增压器100用于压缩去往燃烧发动机的空气并且增大发动机的功率输出。由于随着空气的低压控制体积转移到出口而使高压的出口空气回流到低压控制体积中，故发生压缩。系统10包括用于导入冷却的出口空气而非热的出口空气而用于回流动作的机构。

回流期间冷却空气的导入相比于现有技术的方法增大了增压器的压力比。压力比表征增压器能够向发动机提供的增压量，并且是增压器之前的流体压力与增压器之后的流体压力之比。气体如环境空气是用于压缩的优选流体，然而，有时，由于排气再循环(EGR)，可能存在一定量的其它流体，如排气。

目前，罗茨式增压器的压力比受到装置的最大工作温度或热极限的限制。热极限由诸如油老化、金属零件(例如转子和/或壳体)的热膨胀、运行疲劳和耐久性问题等因素来决定。通过降低在增压器中循环的流体的温度，装置的压力比能够增大，同时保持在装置的热极限以内。

通常，为了降低去往发动机的空气的温度，使用中冷器来冷却来自的增压器的空气。空气温度的降低将增大空气密度，这因此提高发动机产生更大马力和转矩的能力。通过使冷却空气从中冷器回流到增压器，增压器的压力比增大，同时降低来自增压器100的排出空气的温度。

在图1中，空气入口101允许环境空气进入增压器100。空气入口101位于管状壳体上，在增压器100的入口侧的入口平面IP中。腔室105能够容纳两个转子102、103。每个转子围绕平行于第一轴线或入口轴线IA的轴线旋转。每个转子可具有至少两个叶片，但是优选为三个或四个。转子102具有三个叶片102A、102B和102C。类似地，转子103具有三个叶片103A、103B和103C。这些叶片可以是平行的或扭转的。对于扭转设计的示例，转子可以是高螺旋型或标准螺旋型。高螺旋是120°转子，而标准螺旋是60°转子。各角度表示转子在长度上的扭转量。根据设计也能使用其它的扭转角度，示例性的扭转范围为60-130度。

例如，图10比较了两种示例性增压器的相位图和端口正时的第一示例和第二示例。在右边，增压器具有两个由Eaton公司制造的第五代GEN V型的三叶片转子。叶片沿着它们的长度扭转60度。示例1的相位图表明转子的各叶片的旋转行程。指定叶片进行210度旋转以完成进气(进入)相位，在此通过入口1011或1012吸入空气。然后叶片行进50度以完成停留相位，并行进40度以完成密封相位。回流动作被分配了40度的叶片行程，而排出或排气相位被分配了200度的叶片行程以将空气吹出增压器。通过将回流端口122和1222设计成小于所分配的叶片行程，传递体积能经历突然且长久的回流动作。例如，轴流回流槽口1222能够设计成在转子旋转的10至15度打开，由此得到长久的冷却空气回流动作。

图10的示例2使用带有两个四叶片转子的增压器。叶片沿着它们的长度扭转160度。进气相位时间增加到280度，排出相位时间增加到220度。停留相位减少到20度，密封相位时间减少到10度。回流动作时间增加到80度。如果轴流回流端口1222仍如上那样在叶片旋转的10至15度内打开，则冷却空气回流动作在时间上进一步延长。如果使用更大的轴流回流端口，例如整圆端口，那么端口对于整个回流相位不会突然打开或保持全开。在圆形端口的情况下，如果它的尺寸设定为通过叶片堵塞而全闭，那么它会利用叶片旋转的30-40度来完全打开该圆形端口。

表1总结了对于由Eaton公司制造的扭转叶片Gen V(第五代)和TVS(双涡流系列)增压器可用的示例性正时范围。对于指定叶片相位，给出了总的正时范围并且与示例性增压器的六种其它正时方案进行了比较。

表1

为了能够实现回流端口的突然打开和关闭，有利的是使端口成形为类似于叶片形状。因此，转到图8，上轴流回流端口1222示出为与叶片102A对齐。因为端口是“豆”形的以大致匹配叶片的外曲线，所以端口不会遭受空气泄漏到出口体积140E中或传递体积140S中。相反，叶片能够阻挡冷却空气传递以密封住侧边泄漏的空气回到入口体积140I。虽然允许冷却空气泄漏到出口体积140E，但是希望限制通过回流端口回来的出口空气的挤压。能利用“豆”形来防止轴向入口回流端口1222与出口104之间的泄漏。能利用这种设计来限制冷却空气在指定相位回流到指定的回流体积140B，如图9所示。因此，轴流回流端口122是设计成具有与渐开线上的节段相匹配的廓形的槽口。该槽口能具有用于平顺的空气流动剖面的倒圆边缘。“豆形”的槽口能被描述为具有四个侧边的槽口，每个侧边是圆形的弧线。替代地，轴流回流端口1222是矩形槽口、卵形孔或圆形孔，其大小设定为在叶片旋转的30至40度内完全打开，并且大小设定为当叶片对准孔时被叶片完全挡住。

转子102、103可彼此相同。或者，转子102的叶片102A、102B、102C可顺时针扭转，而转子103的叶片103A、103B、103C可逆时针扭转。对于图1、5和8-10的示例，因为转子102、103具有扭转的叶片，故增压器100能具有好得多的空气处理特性。此外，增压器100能够产生更少的空气脉动和湍流。转子102、103的长度能变化。增压器100的大小能由转子102、103的长度决定。随着转子102、103旋转，这些转子能够沿着第一轴线、入口轴线IA啮合在一起，且这些转子能沿相反的方向啮合旋转。

进入增压器100的腔室105的空气能够被捕集在转子102的相邻叶片之间(例如，叶片102A与102B之间)的空隙中。空气也可被捕集在转子103的相邻叶片之间(例如，叶片103A与103B之间)的空隙中。被捕集的空气能被传送至出口104以从增压器100排出。在所示的示例中，增压器是轴向入口、径向出口型增压器。这意味着入口空气沿着平行于入口轴线IA的转子轴线行进到管状壳体中。随着转子旋转，空气在径向上离开入口轴线IA并且朝向出口104移动，该出口在垂直于出口轴线OA的出口平面OP中。入口轴线IA与出口轴线OA是垂直的。出口104可以是三角形的以匹配转子102、103的形状，或者是允许空气容易离开的其它形状。因为所传递空气的体积可大于发动机120的排量，故发动机120内的空气压力能增大。换句话说，罗茨式增压器100能通过将越来越多的空气堆积到进气歧管中而产生增压压力。

中冷器110可包括进入端口113、外出端口111和再循环导管112。每个转子102、103都能具有附属的再循环导管112，以使得冷却空气以平衡的方式被送回到增压器。进入端口113能够连接到增压器100的出口104以接收排出空气。中冷器110可以是用作散热器的任何机械装置。此外，中冷器110可包括杆、板芯和翅片(图中未示出)。一旦来自增压器100的排出空气进入中冷器110，空气便能移动通过杆和板芯而行进到外出端口111，同时通过热传递而变冷。中冷器的工作机理的一般细节是公知的，因此本文将不进行描述。中冷器110的大小、形状和设计能根据增压器系统的性能和空间要求而显著变化。中冷器110可以是空气-空气式或空气-水式。

外出端口111将冷却空气排向发动机的进气歧管121，并且外出端口111能通过可选的阀114A和阀传感器及致动装置114连接到导管112。导管112能向外出端口111的左侧、右侧或两侧分支出来。导管112的另一端连接到增压器100的径流回流端口122，从而使得冷却空气能在转子的叶片之间传递。替代的实施例可能实现导管单独与轴流回流端口1222的连接或结合与径流回流端口122一起的连接。

一些增压器系统利用回流端口降低从增压器出来的噪声。作为接收热的出口空气回流的替代，能使用径流回流端口122来接收来自的导管112的冷却空气。这能够降低源于增压器工作的噪声。因此，具有导管112能改善增压器的噪声、振动和不平顺性(NVH)能力。

可能需要调节图中所示的径流和轴流回流端口122、1222的大小、形状和位置，以向增压器提供最佳的冷空气输入。图5的冷空气径流回流端口122在入口101之后和出口104之前位于主壳体106上。也就是说，径流回流端口122不同于入口101和出口104。径流回流端口122能与转子的叶片之间的空隙对齐，使得随着转子自转，当空隙经过径流回流端口122时冷却空气与空隙中的进气混合。为了确保恰当的混合，入口与径流回流端口之间的距离大于空隙和其相邻回流端口之间的距离。如图5所示，径流回流端口能离出口比离入口更近。

径流和轴流回流端口122、1222的大小和形状也设定为在转子形成“密封体积”的位置处将冷却回流空气导入到转子之间。也就是说，转子旋转以使空气从增压器的入口移动到出口，并且存在一个位置，在该位置处叶片之间的空隙从入口和出口都被密封。通过径流和轴流回流端口122、1222的战略性布置和形状，冷却回流空气被导入到该空隙或密封体积中。

例如，可使用两个径流回流端口122，如图5所示，或者可使用一个，如图6A-9所示。径流回流端口122可以是直线形的或圆弧形的，如所示，或者可以是其它的可调形状，例如卵形或圆形。优选地，端口的形状允许端口的突然打开和关闭，从而使回流动作以很高的速度突然发生。

入口侧轴流回流端口1222通过定位在入口侧以及位于使冷却空气从增压器的较低压力、较低温度的入口侧向高压、高温的出口侧被吸取的位置处而促进经冷却的高压回流空气的轴向流动。回流空气在入口侧轴流回流端口1222处的轨迹是沿着入口轴线IA，并且因此，高压的冷却空气沿着转子长度急流，如图9中的粗箭头所示。因此，入口侧轴流回流端口1222补充增压器的轴向入口、径向出口设计。

能仅用入口侧轴流回流端口1222、仅用出口侧径流回流端口122或用入口侧轴流回流端口1222与出口侧径流回流端口122的组合执行冷却空气回流。因此，回流端口的数量可从两个变到六个，两个的情况下，每个转子有一个端口，六个的情况下，每个转子有三个端口。如果端口做得更小，则能为每个转子实施更多数量的端口。

如图6A-7所示，径流回流端口122在主壳体106的出口104侧能从四个减少为两个。轴流回流端口1222在主壳体的入口101侧被添加到入口壁1063上。在主壳体106内，入口壁1063的内侧在平行于入口平面IP的平面中包括转子安装凹部1020和1030。在另外的替代方案中，主壳体由轴流回流端口1222构成，并且不包括任何径流回流端口122。

管状主壳体106包括前板1060。在图6A中，前板1060包括机加工通道1061以获得通向轴流回流端口1222的加工通路。通道1061接纳插塞以在机加工之后密封前板1060。替代地，再循环导管112连接到通道1061以促进轴向回流空气流动而具有更少的空气波反射。为了便于导管连接，通道可以是除所示的“蘑菇”形以外的其它形状，例如圆形、卵形、矩形或正方形。图7除去了通道1061以有利于形成密封的前板1060。

入口壁1063与前板1060之间的调整距离TD被选择成允许回流空气连接到轴流回流端口1222而不会形成空气往回到腔室105之外的过度的驻波或反射。调整距离TD被选择成限制流动损失并且控制到轴流回流端口1222中的空气节流。流动的附加控制由中冷器与回流室1075之间的再循环导管112的长度和直径来确定。回流室1075能包括暴露于径流回流端口122的空气体积和暴露于轴流回流端口1222的空气体积。至少一个分隔部1062与管状壳体的壁1064、1065协作并且与前板1060协作以形成回流室1075。

入口101可选地包括支撑部1010。如上所述，入口101向增压器的转子102、103供给进气或旁通空气。支撑部1010在图6C中为分配给转子103的入口区域1011和分配给转子102的入口区域1012提供指示。入口101能被描述成延伸管状壳体的一定量。但是，也便利的是，为各个转子限定入口，使得入口区域1012在入口壁1063的分配给转子102的圆形区域中具有入口跨度θI。使用该便利基准，围绕转子安装凹部1020的中点将入口面分成360度。密封跨度θS占据入口壁1063的另一部分。轴流回流端口1222占据回流跨度θB，并且圆形区域的其余部分用于转子行程以适应于排出相位和转子啮合。各角度跨度的镜像适用于转子安装凹部1030。

入口101经由底板1071与集成歧管1070中的回流体积密封开。该底板可以是壳体铸件的嵌入式密封件或一部分。支撑部1010连接到集成歧管1070的底板1071。底板1071在入口壁1063与前板1060之间并且与壁1064和1065的延伸部协同地形成集成歧管1070。底板1071通过在入口101与集成歧管1070之间提供物理分离而使入口101与轴流回流端口1222流体地分离。入口空气因此不能与冷却回流空气混合。

入口101贯穿前板1060延伸并且沿着入口壁1063与入口平面IP相交。轴流回流端口1222也在入口平面IP中。入口平面IP垂直于入口轴线IA，入口轴线IA被示出为从图6C中的页面出来。

出口104以及当使用时径流回流端口122在垂直于入口平面IP的出口平面OP中。出口平面也平行于入口轴线IA。出口轴线被示出为从图6B中的页面出来。出口轴线垂直于入口轴线IA并且垂直于出口平面OP，如图6A所示。当描述增压器为轴向入口、径向出口装置时，方便的解释是，空气移入增压器入口101并且沿轴向或沿着平行于入口轴线IA的转子轴线通过轴流回流端口1222。在增压器对入口空气和回流空气起作用时，空气被引导成相对于转子轴线沿径向离开出口104，这意味着空气沿着或大致平行于出口轴线OA排出。这使该增压器有别于径向入口、径向出口装置，这些装置不具有相同的空气流动特性或泄漏约束。

调整距离TD将主壳体106的前板1060与入口壁1063分开。调整距离TD被选择成调节经冷却的回流空气向轴流回流端口1222的流动。集成歧管1070与轴流回流端口1222的对齐被选择成引导空气流沿出口104的方向进入腔室105。通过引导流动，相比于径流回流端口122，增压器工作得更少以将空气吹出，因为当转子在腔室105中自转时，空气沿着转子在轴向上流动。

使用图8和9的示例，经冷却的回流空气离开中冷器110并且被引向回流室1075。叶片102A-102D和103A-103D沿着它们各自的转子的长度扭转并且是中空的，如由中空部102H和103H标示的。参见图8，叶片102B和102C暴露于入口101并且允许入口体积140I的空气进入主壳体105。叶片102D紧靠主壳体105密封。叶片102A也紧靠主壳体106密封并且阻挡其附属的轴流回流端口1222以及阻挡其附属的径流回流端口122。密封的传递体积140S形成在叶片102A与102D之间。空气的出口体积140E在叶片102A与102B之间暴露于出口104。

当转子102又旋转时，如图9所示，叶片102A不再阻挡轴流回流端口1222并且不再阻挡径流回流端口122。经冷却的回流空气现在能进入叶片102A和102D之间的空隙。尽管不要求，理想地，传递体积仍与入口和出口密封开，但是，被密封的传递体积140S的空气与经冷却的回流空气混合而形成回流传递体积140B。随着入口空气从入口移到出口，入口空气被加热。经冷却的回流空气遵循热力学原理，从低温移向高温并且从高压移向低压，由此从转子102的入口端前行到出口104。结果是，增压器在叶片102A与102D之间吹出更大量的空气。

当图8和9中的转子102、103啮合且逆向旋转时，转子的正时使得转子103在不同于转子102的时间暴露于冷却回流空气输入。所以，当转子102阻挡轴流回流端口1222时，转子103使叶片103A与103B之间的空隙暴露于冷却回流空气以形成回流传递体积141B。当转子102已完全地暴露其轴流回流端口1222时，转子103阻挡其轴流回流端口1222。阻挡或暴露的程度由叶片102A-102D、103A-103D的形状和大小以及由轴流和径流回流端口122和1222的形状、位置和大小决定。

如图8所示，叶片102A-102D、103A-103D的形状和取向以及轴流和径流回流端口122和1222的形状和取向是彼此互补的。这种互补配对允许密封和正时的调整。因此，随着叶片经过回流端口，密封传递体积在不同点与回流传递体积连通。如上，轴流或径流回流端口彼此的使用或不使用允许对回流特性及由此增压器的压缩比进行附加调整。

因此，为了客户的压缩比需求，系统能设计成以理想的转子转速操作增压器以获得理想的压缩比，并且叶片的大小、取向和正时被选择成补充轴流和径流回流端口中的一者或两者的使用以进一步地适应目标压缩比的实现。对腔室105内的驻波的更大控制得以实现。对出口脉动的更大控制得以实现。

作为空气流定制调控的附加点，输入104的长度和直径被选择成影响腔室105中的驻波的长度。因此，不仅集成歧管1075的调整距离TD是可控的，输入104的长度也是可控的。

至少一个分隔部1062将出口104与回流室1075分开。出口104和分隔部1062能与使空气与中间冷却装置连通的管道相配。并且，分隔部1062和回流室1075能与再循环导管112相配。

中冷器外出端口111的宽度能考虑特定增压器的大小、类型和空间、连同其它的性能要求而设计成满足特定增压器的需要。例如，外出端口111的宽度能比径流回流端口122的宽度宽得多。作为一个例子，当使用的单个回流导管112的宽度为8mm时，外出端口111的宽度可为43mm。在其它设计中，径流和/或轴流回流端口和附属的导管能具有比外出端口111及其附属管大的横截面积。端口和导管尺寸为特定应用而调整以确保从增压器出口到中冷器、到回流端口的流体流。因此，压力和温度的热力学定律影响回流端口位置和尺寸，使得离开中冷器110的冷却空气能通过导管112回流到增压器100。

作为一个例子，径流和轴流回流端口122、1222的大小由端口面积APort的下列估算式决定：

其中，P1是入口压力，P2是出口的最大压力比，T1是入口温度，T2是出口温度，R是气体常数，NRPM是增压器的最大转速，单位为转/分钟(“RPM”)，VTransferVolume是所传递的空气体积，α1是指定入口温度T1下的声速，γ是等容等压下的比热比。

端口面积APort确定应当为冷却回流空气传递分配多大的总面积。因此，分配给轴流回流端口1222和/或径流回流端口122的面积总和应当达到端口面积APort。理想的端口面积AIPort在APort的四分之一(1/4)至4倍的范围内。更具体地，理想的端口面积AIPort为APort的二分之一(1/2)至2倍。更具体地，理想的端口面积AIPort是APort的三分之二(2/3)。

因为轴流回流端口1222促使轴向空气流朝向出口104，故有利的是，分配端口面积APort的全部或大部分给这些回流端口。因此，考虑到正时限制，轴流回流端口1222应当包含可行的尽可能大的端口面积APort，即使支持省略径流回流端口122。但是，如果需要另外的面积来满足端口面积APort，同时满足上述的10-15度至30-40度的叶片旋转用于打开轴流回流端口1222，那么就应当分配额外的面积给径流回流端口122。当要求特别大的端口面积时，会需要包括多个径流回流端口122，如图5所示。当物理上入口面积受到安装的约束时，必须省略轴流回流端口1222以有利于仅采用径流回流端口122。因此，可有一组或多组回流端口来满足设计约束。分配一个或多个回流端口执行回流体积140B的冷却，同时防止空气泄漏回到入口，尽量减小从出口104的挤压以及优选地允许回流端口的突然打开和关闭。

举例来说，对于仅具有轴流回流端口1222而没有径流回流端口122的增压器，经冷却的回流空气进入被密封的传递体积140S以形成回流传递体积140B。集成歧管1075将低压入口空气与较高压的冷却回流空气体积密封开。冷却回流空气平行于转子且沿着空气在出口104排出的方向进入轴流回流端口1222。转子102和103的叶片如图8和9中那样配置以防止入口体积140I、141I与回流传递体积140B、141B之间的“短路”。也就是说，冷却回流空气不能与入口101相通，因为叶片被密封以防止回流空气到达入口101。如所述，希望具有被密封的传递体积140S、141S，其不在冷却空气回流之前与入口101或出口104相通。虽然可能允许回流传递体积140B与出口空间140E、141E之间的一些连通，但在这个示例中，入口、回流和出口空气体积彼此独立。提供15-45度的密封时间。还提供20-50度的回流角度。还应用60-130度的转子扭转。

除了径流和轴流回流端口122、1222的宽度以外，还能调节回流导管112的长度以调整向增压器的回流。径流和/或轴流回流端口的位置被选择成将冷却空气喷射到增压器中以冷却气团。喷射空气的理想位置是转子的旋转叶片之间的密封体积中。也就是说，转子所在的位置将被喷射的气团与入口以及出口密封开。为了定制冷却效果，移回增压器叶片的空气量必须被控制。通过选择回流端口的长度和宽度，可调整喷射在增压器的叶片之间的空气，由此调整流动。通过控制流动的量，例如通过阀(如下所述)，获得另外的调整。

通过使冷却空气回流并与增压器100的空气输入相混合，空气将更紧密地堆积在进气歧管121中。压力比将比未与冷却空气混合的空气的堆积更高。换句话说，通过使用来自中冷器的出口111的高压冷空气，增压器100内部的温度能降低。因此，能获得更高的压力比。因此，不用增大增压器100的尺寸就能给发动机120提供更大的增压。

另外，因为冷却空气与增压器中的空气混合，故从增压器输出得到的空气能更加冷却，因此提高燃烧效率。同时，低温能允许增压器100在达到增压器的热极限之前达到更高的压力比。此外，因为进入增压器100的空气与通过导管112回流的较冷空气混合，故增压器100将能够吸入比通常的增压器更热的空气。换句话说，经改型的增压器系统能提高增压器处理高温进气的能力。

例如，能够策略性地降低容差，因为冷却回流空气防止增压器达到源于进气吹送的高热。或者，更高的进气温度能够适应惯常的容差，因为冷却空气将使整体空气温度在正常的工作范围内。由于热膨胀容差与出口温度之间的关系是线性的，因此如果出口温度降低，那么转子之间的容差能减小，并且转子与壳体之间的容差能减小与出口温度的降低一样的百分比。

在增压器系统10中使用再循环导管112能有其它优点。在该改型的系统中，能够提高EGR(排气再循环)处理能力，因为通过EGR再循环的空气能由回流空气冷却。

导管112还可提高增压器100的效率。具有导管112能够降低出口104的温度，并进而降低增压器100的整体温度工作范围。如果降低了整体温度工作范围，那么转子与壳体之间的容差能够变紧，并因此改善增压器100的工作效率。

径流和轴流回流端口122、1222的布置能够远离入口101和出口104，而接近转子102、103。径流和轴流回流端口122、1222的大小和形状设计成最优化冷却空气从中冷器到转子叶片之间的流动，同时尽量减少作为空气出口的端口的使用。通过选择导管112的尺寸(长度、宽度、高度)，并且利用高压空气向低压区的移动，冷却空气向热室105移回。

图1B是带有冷却空气回流导管112且具有空气旁通导管115C的增压器系统11的示意图。系统11允许空气在燃烧发动机不需要增压器的全容量时旁通绕过。所以，在要求有限的发动机增压或不要求发动机增压的时段中，空气能从发动机120绕开并回到增压器100的入口101。旁通导管115C示出为在中冷器110之后，但是，其它位置也是可能的。通过旁通致动器115控制旁通阀115A。除了致动机构和电子控制器之外，旁通致动器115还能包括传感器以接收指令和发送信号以用于控制旁通阀打开或关闭参数。

图1C是带有组合的空气回流和旁通导管的增压器系统12的示意图。多路阀116A通过组合导管116B接收来自中冷器出口111的冷却空气。除了致动机构和电子控制器之外，致动器116还能包括传感器以接收指令和发送信号以用于控制多路阀116A打开或关闭参数。多路阀116A能被控制成使旁通导管115C中的空气绕到增压器100的入口101。多路阀116A还可引导冷却空气通过导管112到达径流回流端口122。虽然多路阀116A示出为单个阀，但是能有利的是，使用多于一个的阀或分支成实现旁通和回流原理的附加导管。

图1B和1C提供对回流动作的控制并且能够对增压器100的出口104处的温度和流量进行调节。也就是说，旁通阀115A或多路阀116A能被控制成通过调整供给到入口101的空气来调整进气流量。能通过控制阀114A或多路阀116A来调整回流动作。虽然在图1A-1C中仅示出了径流回流端口122，但是，如上所述，可仅有轴流回流端口1222、多个径流回流端口122或轴流和径流回流端口的一些组合。

图2A示出用于图1A的回流控制系统的控制机构20。控制机构20能够被编程以控制回流动作从而调整增压器100的出口104处的温度。控制机构20能够通过调节回流空气实施用于控制增压器100的出口条件的方法。

控制机构20能控制通过系统10的空气循环，从而允许一部分冷却空气回流到增压器100。有时，停止回流可能是有利的，因此通过控制附属于阀114A的致动器114，控制机构20能将冷却空气的量从零一直调整到最大量。根据发动机空气流需求和温度需求计算和控制回流的最大量，并且因此能根据工作条件且因车辆不同和驾驶员不同而异。

控制机构20能控制是否进行回流或旁通动作。当增压器主动地吹送空气到发动机时，控制机构20控制阀114A和116A以提供回流动作。但是，当不需要冷却时，或者当增压器空转时，控制机构控制旁通阀115A和阀114A或阀116A以使空气绕回到增压器的入口侧。如果空气被中冷器110冷却，那么旁通空气能够冷却增压器和流过系统的被动(非吹送的)空气。因为不总是需要这种被动冷却，所以能将旁通阀115A连接在中冷器110之前以将未冷却空气绕回到系统中。

控制机构20可以是车辆中使用的控制机构的一部分，例如车载计算机、计算芯片和控制车辆工作的许多方面的其它处理装置。控制机构包括惯常的计算元件，例如发送和接收端口、处理器，存储器和程序设计。

控制机构20可以是发动机控制单元(ECU)的一部分。控制机构20能包括控制器150、传感器151、152、153和操作阀114A的致动器114。致动器114能包括传感器，用于收集关于阀114A的开度的数据。传感器的数量和布置能根据所实施的反馈控制而改变，并且因此系统能具有比所述示例更多或更少的传感器和致动器。传感器可以是各种类型的，其能够检测状态和发送信号，例如温度、压力、速度或空气流量(速度)。所述的传感器能包括多种类型，因此传感器能够测量多种状态，例如温度和空气流量两者。

阀114A能如控制器150所确定的那样打开或关闭以适于车辆的工作模式。阀114A的开度能从全开变到全闭。

能够通过测量出口104处的空气温度或发动机120中的温度来确定阀114A的打开/关闭。此外，从外出端口111排出的空气的温度读数也能够影响打开/关闭阀114A或调节阀114A的开度的决定。

传感器151可以是质量空气流量传感器(MAF)，测量发动机120内的质量流量。例如，传感器151可以是热线式传感器。传感器151能够安置在发动机120内。传感器151的读数确保正被供给到发动机120的最佳空气量。传感器151还可测量发动机内的温度。

传感器152可以是温度传感器，测量离开增压器100的出口104的被吹送空气的温度。传感器152还可测量空气的流量。从增压器100吹出的空气在进入进气歧管121之前会需要被充分地冷却。如果空气未被充分冷却，那么发动机120中不会出现最大功率有效燃烧过程。因此，空气温度会需要由中冷器110来降低以达到最佳温度从而实现发动机120内的更高效率和更大功率的燃烧。通过使冷却空气回流到增压器100，出口104处的空气显著减少。并且，当为了发动机有效工作必须升高空气的温度时，能够调节阀114A来限制冷却空气回流。

传感器153可以是压力传感器，测量发动机120的进气歧管121中形成的空气压力。增压器100的目的是为发动机120提供增压，从而允许发动机120功率更强。增压是用术语压力比给出的，压力比是增压器之前的绝对空气压力与被增压器100压缩后的绝对空气压力之比。因此，进入进气歧管121的空气具有适当的压力是很重要的。压力传感器153能位于发动机120的进气歧管121上以提供反馈给控制器150。

来自传感器114、151、152和153的读数被传送给控制器150。控制器150能将从传感器114、151、152和153收到的各个读数与预定值作比较。这些预定值可以是计算出的最佳值，它们已经保存在控制系统中，或者，这些预定值可以是根据车辆动态实时算出的。

例如，来自传感器151的读数能等于预定值。这意味着进入发动机的当前空气量和进入增压器的空气是最佳的。因此，如果控制器150判定来自传感器151的读数等于预定值，那么就可不采取措施。另一方面，来自传感器151的读数可能不等于预定值。这意味着进入发动机或离开增压器的空气的当前流量或温度不是最佳的。在这种情况下，控制器150除其它调节信号外还能发出利用致动器114打开或关闭阀114A的信号。通过打开或关闭阀114A，能够调节增压器的温度。通过控制回流动作，能根据期望结果影响出口压力脉动。除其它工作状态外，还能实施另外的控制机构以调节增压器100的转速。对其余的传感器能做出类似的判定和调节。

控制器150能通过控制阀114A的开度来调节导管112中的空气量。类似地，控制器150能够调整其它工作状态，例如节气门的开度。通过使回流的或进入增压器100的空气具有适当的量，能够确保增压器系统10的效率。

图2B和2C示出替代的控制机构21和22。控制机构21对应于图1B的系统11。类似于对图2A的描述，图2B的控制器150能调整回流动作。系统11还可发送信号给旁通致动器115以控制绕过发动机120的空气量。这能实现对进入增压器100的空气量的更多控制。

图2C同样地控制多路阀116A的多路致动器116以定制调整绕到入口101或提供给径流回流端口122的冷却空气量。

发动机空气流量需求能够基于各种其它车辆工作状态，因此，除了与预定值的比较之外，或者替代它，还能够实时进行计算。因此，能将图2A、2B和2C的简化控制机构增强为包括附加的传感器和反馈并且能捆绑于其它车辆控制，例如加速、偏航、倾翻、滑行、制动等等。因此，随着发动机空气流量需求由于这些其它因素而改变，能够调节冷却空气回流和旁通动作以定制调整出口104处的空气温度。

在14,000RPM下进行实验以测试冷却空气回流的影响。现在将利用图3说明这些实验中获得的结果。图3中的曲线图示出增压器出口103处的温度与可获得的压力比之间的关系。图3绘制出在14,000RPM的转速下得到的实验数据的曲线。纵轴表示增压器出口103的温度，而横轴表示压力比。在做这个实验时，热极限被设定为150摄氏度。热极限或最高工作温度是用于确定罗茨式增压器的压力比的参数之一。如果使增压器提供的压力增大而不升高所供给空气的温度，那么能够获得高得多的压力比。入口温度恒定为27摄氏度。实验中所用的增压器是Eaton公司制造的M45罗茨式增压器，与图5所示的示例类似。

曲线图示出的数据是无冷空气回流的M45增压器的压力比和有冷空气回流的M45增压器的压力比。所得到的无冷空气回流的M45增压器的曲线倾斜约45度，比有冷空气回流的情况更急剧。

这些结果表明，对于指定热极限，较高压力比出现在有冷空气回流的M45增压器中。图3示出，在150摄氏度，无冷空气回流的M45的压力比是2.2。为了获得高于2.2的压力比，增压器必须超过其热极限运行，这由于部件的热膨胀和容差的干涉而是不实际的。然而，通过在M45增压器中具有冷空气回流，压力比增大到约4.5，但未超过热极限。

除了测试冷却回流空气对压力比的影响的实验之外，还模拟回流对温度的影响。图4A与4B的比较示出冷却空气对增压器出口处的空气温度的影响。该模拟是在6000RPM的增压器转速下进行的。图4A示出无冷空气回流的增压器系统中的温度分布的模拟结果。空气进入增压器100X并且被加热和排向中冷器110X。回流导管122Y允许排出的空气进入端口122X。空气通过增压器100X的泵送作用而被加热，因此排出的空气相比于入口温度更热。给定包括压力比为2和入口温度为300K的常数，模拟增压器系统内的温度分布(K)。在测量时，出口温度接近435K，引起从入口到出口的135K的温度升高。

另一方面，图4B中的有冷却空气回流的增压器系统呈现较小的温度升高。空气进入增压器100并且排出到中冷器110。在离开中冷器之后，冷却空气经导管112行进而回流到增压器100。出口温度为388K，且由此从入口到出口的净温升仅为88K。因此，增压器系统中的冷空气回流降低了增压器出口处的空气温度。

图5示出能用在增压器系统10、11和12中的增压器100的模型。增压器100是轴向入口、径向出口型。空气流动路径用箭头示出，因此，在页面右侧进入空气入口的空气在页面中央的三角形出口104排出。移除了外壳的一部分以示出主壳体106的内部。增压器100可以是例如M45或Eaton公司制造的其它罗茨式增压器，包括双涡流(TVS)型。图5示出增压器100的截面，具有与各个转子相通的多个径流回流端口122。增压器100具有两个转子102、103，转子都具有三个叶片。两个转子102、103置于壳体腔室105中。径流回流端口122能安置在出口的每一侧且接近各个转子102、103。通过安置径流回流端口122以将空气引导到各个转子的相邻叶片之间，冷却空气能有效地与进气混合以降低正被送出增压器100的空气的温度。

径流回流端口122能安置在主壳体106中以与再循环导管112相接。主壳体106能形成为限定出入口101、出口104以及径流和/或轴流回流端口122的铸件。主壳体106能包括集成在一起的多个部段，并且主壳体106能与其它壳体部段结合而形成围绕转子、转子基座、齿轮箱及增压器100的其它工作结构的空气封壳。

在前面的说明书中，已经参照附图描述了各个优选实施例。然而，显而易见的是，可以对它们做出各种其它改型和改变，并且可实施另外的实施例而不脱离所附权利要求的较宽范围。因此，本说明书和附图应被视为是例述性而非限制性的。

通过考虑本说明书和本发明的实践，对本领域技术人员来说其它实施例将是显而易见的。例如，可能具有主发动机中冷器，如中冷器110，和专用于各个回流导管112或回流端口122的其它中冷器。本说明书和示例应被看做仅仅是示例性的，本发明的真正范围和精神由所附权利要求表明。