РОТОРНО-ПЛАСТИНЧАТЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2001 года по МПК F01C1/344 F02B53/00 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к роторно-пластинчатым машинам, в том числе ДВС.

Известны роторно-пластинчатые двигатели, содержащие корпус с внутренней цилиндрической поверхностью, закрытый торцовыми крышками, и экцентрично установленный в нем ротор с пазами, в которых установлены пластины, контактирующие своими концами с внутренней поверхностью корпуса (см. Судовые роторные двигатели /Е.И. Акатов, В.С. Бологов, В.К. Горбатый, Г.Л. Ячевский - Ленинград, Судостроение 1967 г. - 360 с., патент RU 2059077, F 01 C 1/344, F 02 B 53/00, 27.11.91 г.).

К причинам, препятствующим достижению, указанного ниже, технического результата, при использовании известных двигателей, относится необходимость применения дополнительного элемента или механизма для замыкания объемов в месте контакта пластин с корпусом, что усложняет конструкцию двигателей и снижает их надежность.

Наиболее близким аналогом заявляемому изобретению является роторно-пластинчатый двигатель, содержащий статор, расположенный в нем ротор с радиальными пазами, в которых установлены пластины, контактирующими своими концами с внутренней поверхностью статора. Радиальные пазы выполнены сквозными, проходящими через центр вращения ротора, в пазах установлено n пластин, где n = 1, 2, 3.... Пластины выполнены П-образной формы, своими П-образными пазами входят одна в другую с возможностью перемещения друг относительно друга. Внутренняя поверхность статора в сечении, перпендикулярном оси вращения ротора, выполнена элипсоподобной, обеспечивающей образование между ней, поверхностью ротора и пластинами, камер неодинакового объема. При этом длины пластин, проходящих через ось вращения ротора, равны между собой (см. патент RU 2139992, F 01 C 1/344, 06.05.98 г.).

Принято за прототип.

К причинам, препятствующим достижению, указанного ниже, технического результата при использовании известного двигателя, принятого за прототип, относится сложность изготовления внутренней поверхности статора, требующей высокой точности из-за опасности нарушения контакта между корпусом и концами пластин, а также низкая надежность линейного контакта между корпусом и концами пластин, что вызывает и низкую надежность всего двигателя.

Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, - повышение надежности роторно-пластинчатых двигателей.

Технический результат - улучшение контактов между взаимодействующими элементами двигателя и повышение надежности.

Указанный технический результат, при осуществлении изобретения, достигается тем, что в известном роторно-пластинчатом двигателе, содержащем корпус, закрытый крышкой, расположенный в нем ротор с радиальными пазами, в которых установлены пластины, контактирующие своими поверхностями с внутренними поверхностями корпуса и крышки, внутреннее пространство двигателя образовано поверхностями двух полусфер, входящих одна в другую, имеющих общий центр, но разные радиусы, и диаметральной плоскостью, проходящей через центр полусфер, при этом большая полусфера, с внутренней рабочей поверхностью выполнена в корпусе двигателя, а меньшая полусфера с внешней рабочей поверхностью, совместно с диаметральной плоскостью выполнены в крышке двигателя. Ротор, расположенный в корпусе двигателя и входящий во внутреннее пространство двигателя, выполнен в виде усеченного шарового сектора с радиальными пазами, проходящими через ось шарового сектора, являющейся осью вращения ротора, при этом вершина шарового сектора ротора совпадает с центром полусфер, поверхностью большого, внешнего основания шарового сектора ротора соответствует поверхности большей полусферы, а поверхность меньшего, внутреннего основания шарового сектора ротора соответствует поверхности меньшей полусферы, ось вращения ротора составляет с диаметральной плоскостью полусфер угол, равный или превышающий половину угла при вершине шарового сектора ротора. Пластины, установленные в пазах ротора и имеющие возможность перемещаться относительно ротора и друг друга, выполнены в виде сферических полуколец со средней частью, выполненной в виде пластинчатых дуг, при этом центр сферических полуколец пластин совпадает с центром полусфер и вершиной шарового сектора ротора, внешняя поверхность сферических полуколец пластин соответствует поверхности большей полусферы, а внутренняя поверхность сферических полуколец пластин соответствует поверхности меньшей полусферы, ширина пластин равна разнице радиусов полусфер, каждая пластина имеет свои размеры пластинчатых дуг, не равные размерам дуг остальных пластин. Количество пластин любое. На концах пластин установлены скользящие сухари, контактирующие с диаметральной плоскостью полусфер, выполненные в виде полуцилиндров, для установки которых, на концах пластин выполнены цилиндрические пазы с поверхностью, соответствующей наружной цилиндрической поверхности сухарей. В крышке двигателя выполнены предкамера, с местом для установки форсунки или свечи зажигания, и впускные окна, а выпускные окна выполнены в корпусе двигателя.

При исследовании отличительных признаков, описываемого роторно-пластинчатого двигателя, не выявлено каких-либо аналогичных решений, касающихся сочетания геометрических форм взаимодействующих элементов роторно-пластинчатых двигателей.

На фиг. 1 изображена изометрическая проекция двигателя с продольным разрезом корпуса и крышки; на фиг. 2 - продольный разрез двигателя и сечение А-А крышки, сухаря и пластины; на фиг. 3 - сечение Б-Б плоскостью, перпендикулярной оси вращения ротора и проходящей через центр полусфер, с указанием камер, при этом крышка условно не показана, ротор условно провернут.

Двигатель содержит корпус 1, закрытый крышкой 2, расположенный в нем ротор 3, с радиальными пазами, в которых установлены пластины 4, контактирующие своими поверхностями с поверхностями корпуса 1 и крышки 2, внутреннее пространство которого образовано поверхностями двух полусфер, входящих одна в другую, имеющих общий центр, но разные радиусы, и диаметральной плоскостью, проходящей через центр полусфер, при этом большая полусфера с радиусом R, с внутренней рабочей поверхностью, выполнена в корпусе 1 двигателя, а меньшая полусфера с радиусом r, с внешней рабочей поверхностью, совместно с диаметральной плоскостью выполнены в крышке 2, внутренняя поверхность которой выполнена в виде плоскости круга с внешней полусферой в центре. Ротор 3, расположенный в корпусе двигателя и входящий во внутреннее пространство двигателя, выполнен в виде усеченного шарового сектора с радиальными пазами, проходящими через ось шарового сектора, являющейся осью вращения ротора 3, при этом вершина шарового сектора ротора 3 совпадает с центром полусфер корпуса 1 и крышки 2, поверхность большого, внешнего основания шарового сектора ротора 3 выполнена радиусом R и соответствует поверхности большей полусферы, выполненной в корпусе 1, а поверхность меньшего, внутреннего основания шарового сектора ротора 3 выполнена радиусом r и соответствует поверхности меньшей полусферы, выполненной в крышке 2, ось вращения ротора 3 составляет с диаметральной плоскостью полусфер корпуса 1 и крышки 2, выполненной в виде плоскости круга в крышке 2, угол α, равный или превышающий половину угла 2α при вершине шарового сектора ротора 3. Пластины 4, установленные в пазах ротора 3, выполнены в виде сферических полуколец со средней частью в виде пластинчатых дуг, что позволяет им перемещаться относительно ротора и друг друга, при этом центр сферических полуколец пластин 4 совпадает с центром полусфер корпуса 1 и крышки 2, и с вершиной шарового сектора ротора 3, внешняя поверхность сферических полуколец пластин 4 выполнена радиусом R и соответствует поверхности большей полусферы, выполненной в корпусе 1, а внутренняя поверхность полуколец пластин 4 выполнена радиусом r и соответствует поверхности меньшей полусферы, выполненной в крышке 2, ширина колец равна разнице (R-r) радиусом полусфер корпуса 1 и крышки 2, каждая пластина, для обеспечения возможности перемещения, имеет свои размеры пластинчатых дуг в средней части полуколец пластин 4, не равные размерам дуг остальных пластин 4. Количество пластин любое. На концах пластин 4 установлены скользящие сухари 5, контактирующие с диаметральной плоскостью полусфер корпуса 1 и крышки 2, выполненной в крышке 2, для установки сухарей 5 на концах пластин 4 выполнены цилиндрические пазы с поверхностью, соответствующей наружной поверхности сухарей 5.

В крышке 2 двигателя выполнены предкамера 6, с местом для установки форсунки или свечи зажигания 7, и впускные окна 8, а выпускные окна 9 выполнены в корпусе 1 двигателя.

При вращении ротора 3 объем, заключенный между двумя соседними пластинами 4, ротором 3, корпусом 1 и крышкой 2, периодически изменяется от V_min в камере I до V_max в камере IV и от V_max в камере IV до V_min в камере 1.

При работе двигателя, вращение ротора 3 происходит за счет разницы сил давления, действующих на пластины 4 в зоне расширения образовавшихся в процессе горения газов в камерах I и II и сил давления сжимаемых, поступивших в процессе впуска воздуха или рабочей смеси, в камерах V и VI.

Двигатель работает следующим образом:
- в камере IV, с объемом V_max, происходит процесс впуска воздуха или рабочей смеси, через впускные окна 8,
- в камерах V и VI происходит процесс сжатия, поступившего воздуха или рабочей смеси,
- в камере I, с объемом V_min, предкамерой 6 и форсункой или свечой зажигания 7, происходит впрыск топлива и воспламенение рабочей смеси с последующим горением и расширением,
- в камере II происходит расширение образовавшихся в процессе горения газов,
- в камере III происходит выпуск отработавших газов через выпускные окна 8.

При дальнейшем вращении ротора процесс повторяется.

Двигатель имеет геометрические замкнутые объемы, минимальное число основных элементов, поверхностные контакты, между взаимодействующими элементами двигателя, что определяет его надежность. Наличие в крышке 2 предкамеры 6 и небольшое расстояние между камерами, равное толщине пластин 4, позволяет осуществить процесс непрерывного горения, что исключает возможность детонации топлива. Выполнение впускных окон 8 в крышке 2, а выпускных окон 9 в корпусе 1 позволяет осуществить наиболее благоприятные условия для очистки камер от отработавших газов, ее продувки и наполнения свежим зарядом воздуха или рабочей смеси.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к роторно-пластинчатым машинам, в том числе ДВС. Роторно-пластинчатый двигатель содержит корпус, крышку, расположенный в корпусе ротор с радиальными пазами, в которых установлены пластины. Внутреннее пространство двигателя образовано поверхностями двух полусфер, входящих одна в другую, имеющих общий центр, но разные радиусы, и диаметральной плоскостью, проходящей через центр полусфер. Большая полусфера, с внутренней рабочей поверхностью, выполнена в корпусе двигателя, а меньшая, с внешней рабочей поверхностью, совместно с диаметральной плоскостью выполнены в крышке. Ротор выполнен в виде усеченного шарового сектора с радиальными пазами, проходящими через ось шарового сектора, являющуюся осью вращения ротора. Вершина шарового сектора ротора совпадает с центром полусфер, поверхность большого, внешнего, основания шарового сектора ротора соответствует поверхности большой полусферы, а поверхность меньшего, внутреннего, основания шарового сектора ротора соответствует поверхности меньшей полусферы. Ось вращения ротора составляет с диаметральной плоскостью полусфер угол, равный или превышающий половину угла при вершине шарового сектора ротора. Пластины выполнены в виде сферических полуколец со средней частью, выполненной в виде пластинчатых дуг. Центр сферических полуколец пластин совпадает с центром полусфер и вершиной шарового сектора ротора, внешняя поверхность сферических полуколец пластин соответствует поверхности большой полусферы, а внутренняя поверхность сферических полуколец пластин соответствует поверхности меньшей полусферы, каждая пластина имеет свои размеры пластинчатых дуг, не равные размерам дуг остальных пластин. Количество пластин любое. Повышается надежность двигателя. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Роторно-пластинчатый двигатель, содержащий корпус, закрытый крышкой, расположенный в нем ротор с радиальными пазами, в которых установлены пластины, контактирующие своими поверхностями с внутренними поверхностями корпуса и крышки, отличающийся тем, что внутреннее пространство двигателя образовано поверхностями двух полусфер, входящих одна в другую, имеющих общий центр, но разные радиусы, и диаметральной плоскостью, проходящей через центр полусфер, при этом большая полусфера, с внутренней рабочей поверхностью, выполнена в корпусе двигателя, а меньшая полусфера, с внешней рабочей поверхностью, совместно с диаметральной плоскостью выполнены в крышке двигателя, при этом расположенный во внутреннем пространстве двигателя ротор выполнен в виде усеченного шарового сектора с радиальными пазами, проходящими через ось шарового сектора, являющейся осью вращения ротора, при этом вершина шарового сектора ротора совпадает с центром полусфер корпуса и крышки двигателя, поверхность большого, внешнего, основания шарового сектора ротора соответствует поверхности большей полусферы, а поверхность меньшего, внутреннего, основания шарового сектора ротора соответствует поверхности меньшей полусферы, ось вращения ротора составляет с диаметральной плоскостью полусфер угол, равный или превышающий половину угла при вершине шарового сектора ротора, при этом пластины, установленные в пазах ротора и имеющие возможность перемещаться относительно ротора и друг друга, выполнены в виде сферических полуколец со средней частью, выполненной в виде пластинчатых дуг, при этом центр сферических полуколец пластин совпадает с центром полусфер корпуса и крышки двигателя и вершиной шарового сектора ротора, внешняя поверхность сферических полуколец пластин соответствует поверхности большой полусферы, а внутренняя поверхность сферических полуколец пластин соответствует поверхности меньшей полусферы, ширина пластин равна разности радиусов полусфер, каждая пластина имеет свои размеры пластинчатых дуг, не равные размерам дуг остальных пластин, при этом количество пластин любое. 2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что на концах пластин установлены скользящие сухари, контактирующие с диаметральной плоскостью полусфер, выполненные в виде полуцилиндров, для установки которых на концах пластин выполнены цилиндрические пазы с поверхностью, соответствующей наружной цилиндрической поверхности сухарей. 3. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что в крышке двигателя выполнены предкамера с местом для установки форсунки или свечи зажигания и впускные окна, а выпускные окна выполнены в корпусе двигателя.