RU2171896C1

RU2171896C1 - Rotary vane engine

Info

Publication number: RU2171896C1
Application number: RU99127632/06A
Authority: RU
Inventors: В.Б. Анфисов
Original assignee: Анфисов Валерий Борисович
Priority date: 1999-12-23
Filing date: 1999-12-23
Publication date: 2001-08-10

Abstract

FIELD: mechanical engineering; internal combustion engines. SUBSTANCE: proposed rotary vane engine has housing, cover, rotor with radial slots with fitted in vanes arranged in housing. Inner space of engine is formed by surfaces of two semi-spheres one nested in the other, and provided with common center but different radii, and by diametral plane passing through center of semi-spheres. Larger semi-sphere, with inner working surface, is made in engine housing, and smaller-sphere, with outer working surface in combination with diametral plane are made in cover. Rotor is made in form of truncated ball sector with radial slots passing through axis of ball sector which is axis of rotor rotation. Vertex of rotor ball sector coincides with center of semi-spheres. Surface of larger, outer base of rotor ball sector corresponds to surface of larger semi-sphere, and surface of smaller, inner base of rotor ball sector corresponds to surface of smaller semi-sphere. Axis of rotor rotation forms, together with diametral plane of semi-spheres, angle equal to or exceeding half of vertex angle of rotor ball sector. Vanes are made in form of spherical semi-rings with middle part made in form of plate arcs. Center of spherical semi-rings of vanes coincides with center of semi-spheres and vertex of rotor ball sector. Outer surface of spherical semi-rings of vanes corresponds to surface of larger semi-sphere, and inner surface of spherical semi-rings of vanes corresponds to surface of smaller semi-sphere. Each vane has plate arcs whose sizes differ from those of other vanes. Number of vanes is not specified. EFFECT: increased reliability of engine. 3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к роторно-пластинчатым машинам, в том числе ДВС. The invention relates to the field of engineering, in particular to rotary vane machines, including internal combustion engines.

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.). Known rotary vane engines containing a housing with an inner cylindrical surface, closed by end caps, and an eccentrically mounted rotor with grooves in which plates are installed that contact their ends with the inner surface of the hull (see Ship rotary engines / E.I. Akatov , V.S.Bologov, V.K. Gorbaty, G.L. Yachevsky - Leningrad, Shipbuilding 1967 - 360 pp., Patent RU 2059077, F 01 C 1/344, F 02 B 53/00, 27.11. 91 g.).

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. The reasons that impede the achievement of the technical result indicated below, when using known engines, include the need to use an additional element or mechanism to close the volumes at the place of contact of the plates with the housing, which complicates the design of the engines and reduces their reliability.

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.). The closest analogue of the claimed invention is a rotary vane motor containing a stator, a rotor located therein with radial grooves, in which there are plates in contact with their ends with the inner surface of the stator. Radial grooves are made through, passing through the center of rotation of the rotor, n plates are installed in the grooves, where n = 1, 2, 3 .... The plates are made in a U-shape, with their U-shaped grooves they enter one another with the possibility of moving relative to each other friend. The inner surface of the stator in a section perpendicular to the axis of rotation of the rotor is made ellipsoid, providing the formation of chambers of unequal volume between it, the surface of the rotor and the plates. The lengths of the plates passing through the axis of rotation of the rotor are equal to each other (see patent RU 2139992, F 01 C 1/344, 05/06/98).

Принято за прототип. Taken as a prototype.

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. The reasons that impede the achievement of the technical result indicated below when using a known engine adopted as a prototype include the difficulty of manufacturing the inner surface of the stator, which requires high accuracy due to the danger of contact failure between the housing and the ends of the plates, as well as the low reliability of linear contact between the housing and the ends of the plates, which causes low reliability of the entire engine.

Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, - повышение надежности роторно-пластинчатых двигателей. The technical problem to which the invention is directed is to increase the reliability of rotary vane engines.

Технический результат - улучшение контактов между взаимодействующими элементами двигателя и повышение надежности. EFFECT: improved contacts between interacting engine elements and increased reliability.

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. The specified technical result, in the implementation of the invention, is achieved by the fact that in the known rotary vane engine comprising a housing closed by a cover, a rotor with radial grooves located in it, in which there are plates in contact with their surfaces with the internal surfaces of the housing and the cover, is provided with an internal space the engine is formed by the surfaces of two hemispheres that enter one another, having a common center, but different radii, and a diametrical plane passing through the center of the hemispheres, while Shai hemisphere, with the inner working surface is formed in the motor housing, and the lower hemisphere of the outer working surface, along the center plane formed in the engine cover. The rotor located in the motor housing and entering the internal space of the engine is made in the form of a truncated spherical sector with radial grooves passing through the axis of the spherical sector, which is the axis of rotation of the rotor, while the top of the spherical sector of the rotor coincides with the center of the hemispheres, the surface of a large, outer base the rotor ball sector corresponds to the surface of the larger hemisphere, and the surface of the smaller, inner base of the rotor ball sector corresponds to the surface of the smaller hemisphere, the axis is rotated I is the rotor with hemispherical diametric plane an angle equal to or greater than half the vertex angle of the spherical sector of the rotor. The plates installed in the grooves of the rotor and having the ability to move relative to the rotor and each other, are made in the form of spherical half rings with a middle part made in the form of plate arches, while the center of the spherical half rings of the plates coincides with the center of the hemispheres and the apex of the spherical sector of the rotor, the outer surface of the spherical the half rings of the plates corresponds to the surface of the larger hemisphere, and the inner surface of the spherical half rings of the plates corresponds to the surface of the smaller hemisphere, the width of the plates is equal to the differences radius of the hemisphere, each plate having its dimensions of plate arc not equal to the size of the arcs remaining plates. The number of plates is any. At the ends of the plates mounted sliding crackers in contact with the diametrical plane of the hemispheres, made in the form of half cylinders, for installation of which, at the ends of the plates are made cylindrical grooves with a surface corresponding to the outer cylindrical surface of the crackers. A pre-chamber is made in the engine cover, with a place for installing an injector or spark plug, and inlet windows, and exhaust windows are made in the engine housing.

При исследовании отличительных признаков, описываемого роторно-пластинчатого двигателя, не выявлено каких-либо аналогичных решений, касающихся сочетания геометрических форм взаимодействующих элементов роторно-пластинчатых двигателей. In the study of the distinguishing features described by the rotary vane engine, no similar solutions have been identified regarding the combination of the geometric shapes of the interacting elements of the rotary vane engine.

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. In FIG. 1 is an isometric view of the engine with a longitudinal section of the housing and cover; in FIG. 2 - a longitudinal section of the engine and section AA of the lid, cracker and plate; in FIG. 3 - section BB of the plane perpendicular to the axis of rotation of the rotor and passing through the center of the hemispheres, indicating the chambers, while the cover is not shown conditionally, the rotor is conditionally rotated.

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. The engine comprises a housing 1, closed by a cover 2, a rotor 3 located therein, with radial grooves in which plates 4 are mounted, contacting their surfaces with the surfaces of the housing 1 and cover 2, the inner space of which is formed by the surfaces of two hemispheres that enter one another, having a common center, but different radii, and a diametrical plane passing through the center of the hemispheres, with a large hemisphere with radius R, with an inner working surface, made in the engine housing 1, and a smaller hemisphere with radius r, s the outer working surface, together with the diametrical plane, is made in the cover 2, the inner surface of which is made in the form of a circle plane with an external hemisphere in the center. The rotor 3, located in the engine casing and entering the internal space of the engine, is made in the form of a truncated spherical sector with radial grooves passing through the axis of the spherical sector, which is the axis of rotation of the rotor 3, while the top of the spherical sector of the rotor 3 coincides with the center of the hemispheres of the housing 1 and lid 2, the surface of the large, outer base of the spherical sector of the rotor 3 is made of radius R and corresponds to the surface of the larger hemisphere made in the housing 1, and the surface of the smaller, inner base of the ball sec the rotor 3 has a radius r and corresponds to the surface of the smaller hemisphere made in the cover 2, the axis of rotation of the rotor 3 is with the diametrical plane of the hemispheres of the housing 1 and the cover 2, made in the form of a circle plane in the cover 2, an angle α equal to or greater than half the angle 2 at the top of the spherical sector of the rotor 3. The plates 4 mounted in the grooves of the rotor 3 are made in the form of spherical half rings with a middle part in the form of plate arches, which allows them to move relative to the rotor and each other, while the center of the spherical floor the ring of plates 4 coincides with the center of the hemispheres of the housing 1 and the cover 2, and with the top of the spherical sector of the rotor 3, the outer surface of the spherical half rings of the plates 4 is made of radius R and corresponds to the surface of the larger hemisphere made in the housing 1, and the inner surface of the half rings of the plates 4 is made of radius r and corresponds to the surface of the smaller hemisphere made in the cover 2, the width of the rings is equal to the difference (Rr) with the radius of the hemispheres of the housing 1 and cover 2, each plate, to allow movement, has its own plate dimensions arcs in the middle part of the half rings of the plates 4, not equal to the sizes of the arcs of the remaining plates 4. Any number of plates. At the ends of the plates 4, sliding crackers 5 are installed, which are in contact with the diametrical plane of the hemispheres of the housing 1 and the cover 2, made in the cover 2, for the installation of crackers 5, cylindrical grooves are made at the ends of the plates 4 with a surface corresponding to the outer surface of the crackers 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. In the engine cover 2, a pre-chamber 6 is made, with a place for installing a nozzle or spark plug 7, and inlet windows 8, and exhaust windows 9 are made in the engine housing 1.

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.When the rotor 3 rotates, the volume enclosed between two adjacent plates 4, the rotor 3, the housing 1 and the cover 2 periodically changes from V _min in the chamber I to V _max in the chamber IV and from V _max in the chamber IV to V _min in the chamber 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. When the engine is running, the rotor 3 rotates due to the difference between the pressure forces acting on the plates 4 in the expansion zone of the gases formed during combustion in chambers I and II and the compressive forces received during the air or working mixture inlet in chambers V and 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.The engine operates as follows:
- in the chamber IV, with a volume of V _max , the process of intake of air or working mixture, through the inlet windows 8,
- in chambers V and VI there is a process of compression of the incoming air or working mixture,
- in chamber I, with a volume of V _min , a pre-chamber 6 and a nozzle or spark plug 7, fuel is injected and the working mixture ignites, followed by combustion and expansion,
- in chamber II there is an expansion of the gases formed during combustion,
- in chamber III, the exhaust gas is discharged through the exhaust ports 8.

При дальнейшем вращении ротора процесс повторяется. With further rotation of the rotor, the process repeats.

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. The engine has geometrical confined volumes, the minimum number of basic elements, surface contacts between the interacting elements of the engine, which determines its reliability. The presence in the lid 2 of the pre-chamber 6 and a small distance between the chambers, equal to the thickness of the plates 4, allows for continuous combustion, which eliminates the possibility of fuel detonation. The implementation of the inlet windows 8 in the cover 2, and the exhaust windows 9 in the housing 1 allows you to implement the most favorable conditions for cleaning the chambers of exhaust gases, purging it and filling it with a fresh charge of air or working mixture.

Claims

1. A rotary vane engine comprising a housing closed by a cover, a rotor with radial grooves located in it, in which plates are mounted in contact with their surfaces with the internal surfaces of the housing and the cover, characterized in that the internal space of the engine is formed by the surfaces of two hemispheres that are one to another, having a common center, but different radii, and a diametrical plane passing through the center of the hemispheres, while the large hemisphere, with an internal working surface, is made in the body atelier, and the smaller hemisphere, with the outer working surface, together with the diametrical plane, is made in the engine cover, while the rotor located in the internal space of the engine is made in the form of a truncated spherical sector with radial grooves passing through the axis of the spherical sector, which is the axis of rotation of the rotor, when the apex of the rotor spherical sector coincides with the center of the hemispheres of the housing and the engine cover, the surface of the large, outer base of the rotor spherical sector corresponds to the surface of the larger hemisphere s, and the surface of the smaller, inner, base of the spherical sector of the rotor corresponds to the surface of the smaller hemisphere, the axis of rotation of the rotor is with the diametrical plane of the hemispheres an angle equal to or greater than half the angle at the top of the spherical sector of the rotor, while the plates installed in the grooves of the rotor and having the ability to move relative to the rotor and each other, are made in the form of spherical half rings with a middle part made in the form of plate arches, while the center of the spherical half rings of the plates coincides with the cent rum hemispheres of the body and engine cover and the apex of the spherical sector of the rotor, the outer surface of the spherical half rings of the plates corresponds to the surface of the large hemisphere, and the inner surface of the spherical half rings of the plates corresponds to the surface of the smaller hemisphere, the width of the plates is equal to the difference in the radii of the hemispheres, each plate has its own dimensions of plate arches, not equal the size of the arcs of the remaining plates, with any number of plates.

2. The engine according to claim 1, characterized in that at the ends of the plates are mounted sliding crackers in contact with the diametrical plane of the hemispheres, made in the form of half cylinders, for installation of which at the ends of the plates are made cylindrical grooves with a surface corresponding to the outer cylindrical surface of the crackers.

3. The engine according to claim 1, characterized in that a pre-chamber is made in the engine cover with a place for installing a nozzle or spark plug and intake windows, and exhaust windows are made in the engine housing.