РОТОРНО-ПЛАСТИНЧАТЫЙ ДВИГАТЕЛЬ
ROTARY-PLATE ENGINE

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при конструировании двигателей роторного типа.
Известна конструкция асимметричного двигателя (см. RU №2005197, F01C 1/344, 1989). Двигатель содержит статор, в расточке которого эксцентрично установлен ротор с лопатками, статор выполнен с профилированным участком со стороны выпускного отверстия, который описан по кривой, образованной концом радиуса-вектора, равного по модулю радиусу исходного цилиндра с центром, смещаемым от оси расточки статора в сторону выпускного отверстия на расстояние, равное сумме эксцентриситета и величины, обратной уменьшению зазора между ротором и исходной цилиндрической поверхностью статора, перпендикулярно к линии, соединяющей оси ротора и расточки статора.
Известна роторно-пластинчатая машина (см. SU №1838633, F01C 1/344, 1991). Она содержит полый цилиндрический ротор с приводом и продольными радиальными пазами с противолежащими дугообразными вогнутыми поверхностями, эксцентрично размещенный в расточке корпуса. Во вкладышах установлены разделительные пластины с проушинами, охватывающими ось, совпадающую с осью расточки корпуса. Вкладыши размещены с возможностью поворота в радиальных пазах ротора и имеют каждый два дугообразных и два плоских контактных участка, расположенных на наружной поверхности каждого вкладыша со стороны паза ротора и со стороны пластины соответственно, с ними взаимодействующих. В одном из двух на каждую пластину вкладышей выполнен сквозной канал, соединяющий между собой полости дугообразными и плоскими контактными участками. Эти полости сообщены с полостью разрежения.
Известен пневматический ротационный двигатель (см. RU №2018695, F01C 1/344, 1991). Двигатель содержит ротор с радиальными пазами, который эксцентрично установлен в статоре с внутренней цилиндрической поверхностью и торцевыми крышками. Разделительные лопасти со скосами на торцевых поверхностях со стороны ротора размещены в пазах с образованием в статоре рабочих камер. На торцевых поверхностях крышек со стороны ротора выполнены конические выступы, продольные оси которых совпадают с продольной осью статора.
Недостатками описанного двигателя являются невысокая надежность и сложность конструкции.
Известен также роторно-пластинчатый двигатель, содержащий статор, внутренняя поверхность которого в сечении, перпендикулярном оси вращения ротора, выполнена в виде замкнутой кривой, стенки которого параллельны оси вращения ротора, выполненного со сквозным радиальным пазом, проходящим через центр вращения ротора, в котором установлена с возможностью возвратно-поступательного движения пластина, контактирующие своими концами, снабженными уплотнениями, с внутренней поверхностью статора, причем полость статора содержит свечу зажигания, впускное и выпускное окно (см. RU №2139992, F01C 1/344, 1998).
Недостатком описанного двигателя является его неработоспособность, поскольку при отсутствии задания местоположения оси вращения ротора и неопределенности сечения полости статора, которое задано как «эллипсоподобное», непонятно как сможет проворачиваться ротор.
Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, состоит в обеспечении работоспособности двигателя.
Технический результат, получаемый при решении поставленной задачи, выражается в том, что обеспечена «привязка» оси вращения ротора к продольной оси полости статора, позволяющая при поперечной подвижности пластины беспрепятственно вращаться ротору в пределах контура поперечного сечения полости статора, в постоянном контакте с ним.
Для решения поставленной задачи роторно-пластинчатый двигатель, содержащий статор, внутренняя поверхность которого в сечении, перпендикулярном оси вращения ротора, выполнена в виде замкнутой кривой, стенки которого параллельны оси вращения ротора, выполненного со сквозным радиальным пазом, проходящим через центр вращения ротора, в котором установлена с возможностью возвратно-поступательного движения пластина, контактирующие своими концами, снабженными уплотнениями, с внутренней поверхностью статора, причем полость статора содержит свечу зажигания, впускное и выпускное окно, отличается тем, что очертания внутренней поверхности статора, заданы выражением в полярных координатах:
,
где R - радиальное расстояние в плоскости перпендикулярной оси вращения ротора от нее до точки на поверхности полости статора, м;
D - ширина пластины, м;
1≤N<∞ - ряд натуральных чисел, задающий значение вариантов очертания внутренней поверхности статора;
1≤n<∞ - ряд натуральных чисел, задающий значение множителя ϕ
n
h = R/H - коэффициент смещения пластины;
Н - длина пластины, м;
ϕ - угол поворота пластины; град,
причем ось ротора проходит через точку R=0 и совпадает с осью полости статора.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 дан поперечный разрез двигателя; на фиг. 2 - форма пластин; на фиг. 3 - схема работы двигателя, на фиг. 4-5 варианты профиля статора, причем, на фиг. 4 вариант с наибольшим значением R по оси У, а на фиг. 5 с наименьшим значением R по оси У.
Роторно-пластинчатый двигатель содержит неподвижный статор 1, выполненный, как цилиндр, внутренняя поверхность 2 которого, в сечении, перпендикулярном оси 3 вращения ротора 4, выполнена в виде замкнутой кривой очертания внутренней поверхности статора, заданы выражением в полярных координатах:
где R - радиальное расстояние в плоскости перпендикулярной оси вращения ротора от нее до точки на поверхности полости статора, м;
D - ширина пластины, м;
1≤N<∞ - ряд натуральных чисел, задающий значение вариантов очертания внутренней поверхности статора;
1≤n<∞ - ряд натуральных чисел, задающий значение множителя ϕ
n
h=R/H - коэффициент смещения пластины;
Н - длина пластины, м;
ϕ - угол поворота пластины; град.
При этом ось 3 вращения ротора 4 проходит через точку R=0 и совпадает с осью 5 полости 2 статора 1.
Ротор 4 снабжен пластиной 5, установленной в его радиальном пазу 6 (проходящем через ось 3 вращения ротора и являющейся его осью симметрии), с возможностью возвратно-поступательного перемещения. По периметру пластины 5, где она контактируют с поверхностью внутренней полости 2 статора 1, размещены уплотнения (на чертежах не показаны) выполненные известным образом. Таким образом, внутренняя поверхность статора 1 выполнена так, что пластина 5, при повороте на произвольный угол, разделяет полость 2 на две камеры неодинакового объема (кроме положения, когда пластина ориентирована в плоскости симметрии полости 2 статора 1), в одну из которых подается рабочая смесь, а из другой осуществляется сброс отработанных газов. Для этого двигатель содержит свечу зажигания 7, впускное 8 и выпускное 9 окна, которые могут быть выполнены, как на стенках статора, так и его торцах. При этом свеча зажигания 7, предпочтительно, размещена в плоскости симметрии полости 2 статора 1, впускное 8 и выпускное 9 окна размещены симметрично относительно упомянутой плоскости, они снабжены клапанами известной конструкции, обеспечивающими их срабатывание.
Давление рабочей смеси на пластину 5 в процессе наполнения горючим соответствующей камеры и при расширении газов в ней при воспламенении горючего заставляет ротор 4 поворачиваться, одновременно из второй камеры, происходит сброс отработанных газов. При вращении ротора 4 объем рабочей смеси в камере, заключенной между пластинами, поверхностью ротора и внутренней поверхностью полости 2 статора 1, изменяется от минимального в зоне до максимального.
Двигатель работает следующим образом.
В первой камере 10 впускное 8 окно переходит из закрытого положения в открытое. В результате происходит впрыск топлива и последующее его воспламенение свечой зажигания 7. Давление рабочей смеси на пластину 5 вызывает вращение ротора 4 (против часовой стрелки), т.к. площадь пластины с разных сторон вращения ротора неодинакова. После поворота на угол 180°, сжатые газы (продукты воспламенения и горения топлива) оказываются о второй камере 11, а в первой камере 10 оказывается объем разряженных газов (которых ушли через выпускное 9 окно), вытесненный туда при развороте пластины 5.
При этом во второй камере 11 под давлением газов открывается выпускное окно 9, а в первой камере 10 впускное 8 окно переходит из закрытого положения в открытое. В результате происходит впрыск топлива и последующее его воспламенение. Давление рабочей смеси на пластину 5 вызывает вращение ротора 4 (против часовой стрелки) т.к. площадь пластины с разных сторон вращения ротора неодинакова и противодавления газов во второй камере 11 нет ( отработанные газы выброшены из полости 2 статора 1).
Далее все повторяется.
Данный двигатель может быть изготовлен с применением известных технологий и материалов.