CN113167116B - 具有可调节的发动机单元连接的内燃机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种内燃发动机，其具有多个发动机单元(50A‑50C)，每个发动机单元具有工作空间(11)，其中设有两个相互啮合的旋转活塞(20、30)，从而将工作空间(11)划分成流入区域(12)和流出区域(13)。每个发动机单元都具有一个到流入区域(12)的可关闭的进口(62A‑62C)和一个可关闭的排气口(64A‑64C)。所述内燃机进一步包括一个连接至进口(62A‑62C)的进料管(60)和连接到排气口(64A‑64C)的废气收集管(66)，使发动机单元(50A‑50C)彼此并联连接。所述内燃机还包括将发动机单元(50A，50B)彼此串联连接的排气管道(63A，63B)。控制设备(70)根据所需的输出功率，将某些发动机单元(50B，50C)要么作为内燃机运行，其中各个进口(62B‑62C)打开，要么作为膨胀发动机运行，其中各个进口(62B‑62C)保持关闭，而各个旋转活塞(20、30)由通过各个排气管道(63A，63B)流进的废气驱动。

Description

具有可调节的发动机单元连接的内燃机
技术领域
本发明涉及一种内燃机，并且涉及一种用于运行内燃机的方法。
背景技术
本发明基于包括一个或多个旋转活塞发动机单元的内燃机。例如，DE 10 2007019 958 A1公开了一个旋转活塞发动机单元，其在一些实施例中也可以用作内燃机。在这种发动机中，通过燃烧产生的压力驱动两个相互啮合的旋转活塞。DE 10 2007 019 958 A1另外描述了一种装置，其中两个旋转活塞发动机单元串联依次一个接一个的流过。
通常，由旋转活塞发动机单元构成的内燃机旨在在最大可能的功率范围内实现特别高水平的效率。
发明内容
可以认为本发明的目的是指出一种特别有效的内燃机及用于运行它的方法。
该目的通过本发明所述的内燃机以及用于运行所述内燃机的方法实现。
根据本发明中内燃机和本发明中方法的有利变型是从属权利要求的主题，并且还将在下面的描述中进行解释。
根据本发明的内燃机包括多个发动机单元。每个发动机单元具有工作空间，在该工作空间中设置有两个旋转活塞以便彼此啮合，从而将工作空间划分为流入区域和流出区域。旋转活塞由此可被流过的流体驱动。流体是在各个发动机单元中或在发动机单元上游的组件中通过燃料-空气混合物的燃烧产生的废气。每个发动机单元还包括通向流入区域的可关闭的进口和用于离开流出区域的可关闭的排气口。根据本发明的内燃机还包括：与进口连接的进料管；和与排气口连接的废气收集管，以使发动机单元彼此平行地互连。此外，内燃机包括排气管道，每个排气管道从一个发动机单元的流出区域通向另一个发动机单元的流入区域，从而在发动机单元之间产生串联连接。发动机单元中的第一发动机单元也可以仅设置一个排气管道以带走废气，此间没有另一个发动机单元的排气管道通向该第一发动机单元中。相应地，排气管道也可以仅通向发动机单元的最后一个，且该排气管道不会从此引出。然而，可替代地，第一和最后一个发动机单元也可以与其他发动机单元相同地构成，其中特别地，串行连接可以形成回路。内燃机还包括控制设备，该控制设备被设计为根据所需的输出功率操作至少一些发动机单元，或者设为内燃机，其中各个发动机单元的进口向进料管开放，或者，设为膨胀发动机，其中各个进口保持关闭状态，而各个旋转活塞则是转而由经过各自相应的排气管道流入的废气驱动。
在根据本发明的一种用于运行内燃机的方法，提供如上所述的内燃机，在本方法中，控制设备根据需要的输出功率来可变地设定有多少个发动机单元作为内燃机运行，其中各个发动机单元的进口通向进料管，或作为膨胀发动机被操作，其中各个进口保持关闭，并且各个旋转活塞转而由通过相应的排气管道流入的废气驱动。
本发明允许发动机单元并联或串联使用。在正在进行的操作过程中可以在这些模式之间切换，为此，仅需要打开或关闭相应的可关闭管路即可。因此，根据本发明的内燃机的操作与传统的多缸往复式发动机的操作从根本上不同。在后者中，一些汽缸在部分负荷下被停用，并且对驱动推进没有贡献。由于连接到动力传动系统，它们被随身携带，这对效率水平没有积极影响。另一方面，在本发明中，还使用了其中在部分负荷运行下不发生燃烧的那些发动机单元(或者，在形成外部混合气并在发动机单元上游点火的情况下：那些燃烧室进口保持关闭的发动机单元)。在本发明中，这些发动机单元可以使其他发动机单元的废气流过，并因此由废气压力或废气能量驱动。
通过这种方式，内燃机在部分负荷时可立即提升两个相关的优势：一个发动机单元的排气压力仍可被另一个发动机单元使用，从而提高了效率水平，此外，发动机单元的数量由满负荷运行的最大需要功率定义-因此，用作膨胀发动机的发动机单元在部分负荷运行中无论如何都存在，否则会随身携带。因此，在确定的最大功率的情况下，不需要大量的装置额外成本，即可在部分负载运行中显著提高效率。
控制设备可设计成根据需要的输出功率来运行可变数量的发动机单元作为内燃机，以及其他(或其他一些)作为膨胀发动机。特别是为了最大可能的功率，所有发动机单元都可以作为内燃机运行，并且随着功率的降低，可以使越来越少的发动机单元用作内燃机，而替代用作膨胀发动机。发动机单元的数量可以根据需要的最大功率进行选择，例如，可以为至少三个或四个或更多个发动机单元。
所有发动机单元都可以连接到公共驱动轴上。尤其是，可以规定在每种情况下，每个发动机单元的旋转活塞之一连接到驱动轴上。经由驱动轴驱动装置，原则上可以驱动任何所需的装置，例如车辆、用于发电的发电机或轮船。
对于某些或全部发动机单元，可以分别设置一条排气管路，该排气管路从流出区域(乃该发动机单元的旋转活塞后面的区域)通向另一发动机单元的流入区域。排气管路可以引导直接通向流入区域，或者可以引导通过位于中间的组件，例如燃烧室，进入流入区域。由此产生了串行连接。废气可以从第一发动机单元通过相关的排气管路引导到第二发动机单元，在那里驱动旋转活塞，然后输出到废气收集管，或者通过下一个排气管路引导到第三发动机单元(或部分引导至废气收集管，部分引导至第三发动机单元)。
控制设备可以设计成关闭其中一个发动机单元的排气口到废气收集管，并且如果后续的发动机单元作为膨胀发动机运行，则仅通过相关的排气管道将废气引导至后续的发动机单元。一般而言，如果该后续的发动机单元作为膨胀发动机运行，与该后续的发动机单元作为内燃机运行的情况相比，则可以保持发动机单元的排气口关闭，并通过相关的排气管道将更多的废气引导到后续的发动机单元。实际上这可能意味着，如果第二发动机单元作为膨胀发动机运行，则控制设备关闭第一发动机单元通向废气收集管的排气口，或者至少从第一发动机单元引导，相较于在第二发动机单元作为内燃机，即作为内燃机单元运行的情况下更多的废气至第二发动机单元。
根据发动机单元的设计，进料管的设计可能会有所不同。例如，可以规定，通过进料管将新鲜空气或燃料-空气混合物输送给发动机单元。替代地，也可以规定，在进料管中已经点燃了燃料-空气混合物，并且由此产生的废气通过可关闭的进口输送到发动机单元。
如果新鲜空气(不带燃料)通过进料管供应，则每个发动机单元都可以包括一个喷油嘴，用于喷射在发动机单元内燃烧的燃料。因此，利用喷油嘴将燃料喷射到可关闭的进口和旋转活塞之间的区域中。该区域可以是旋转活塞的工作空间，也可以是可选的燃烧室，该燃烧室位于可关闭的进口和工作空间之间。如果发动机单元作为内燃机运行，则控制设备可以设计成喷射燃料并打开进料管的进口，并且，如果发动机单元作为膨胀发动机运行，则不设计成喷射任何燃料，并且不打开进料管的进口。可替代的是，在前的发动机单元的排气口与废气收集管关闭，以便在前的发动机单元的废气可以通过相应的排气管道引向作为膨胀发动机运行的发动机单元。
或者，如果通过进料管提供燃料-空气混合物，则可以在工作空间或可选的燃烧室中燃烧该混合物。控制设备可以设置为这种结构，使得如果发动机单元作为内燃机运行，则燃料-空气混合物通过进口引入并在该发动机单元中燃烧，并且如果发动机单元作为膨胀发动机运行，不会让燃油-空气混合物通过可关闭的进口进入，而是关闭相应的在前一个的发动机单元的排气口，以便通过相应的排气管道接收在前一个的发动机单元的废气。
为了点燃燃料，每个发动机单元都可以具有一个点火设备，该点火设备布置在工作空间或可选的燃烧室中。点火设备可以是例如火花塞或用于点火的激光器。原则上，也可以在没有点火设备的情况下实现自动点火。原则上，所使用的燃料可以是任意的，特别是含油的，例如汽油或柴油，或者，也可以包括天然气或氢气。燃烧的燃料-空气混合物可以是燃料和新鲜空气的混合物，也可以是燃料和氧气的混合物。
在一个可替代实施例中，燃料-空气混合物在进料管中被点燃。由此需要更少的点火设备，特别是在进料管上一个火花塞就足够了。如果在进料管中发生点火，则可以关闭进料管的进气阀。那些用作膨胀发动机运行的发动机单元与进料管保持关闭。现在仅将那些用作内燃机运行的发动机单元通向进料管，从而通过在此处燃烧流产生的废气经打开的进口进入各个发动机单元，并从那里经过排气管道被引导到作为膨胀发动机运行的发动机单元。
选择哪个发动机单元作为膨胀发动机是可以实现的，因为作为膨胀发动机运行的发动机单元总是尽可能先于作为内燃机运行的发动机单元。控制装置可以，对于其中半数发动机单元作为内燃机运行的部分负荷运行下，选择这样的发动机单元作为内燃发动机运行，即在作为内燃发动机运行的两个发动机单元之间总是存在一个作为膨胀发动机运行的发动机单元。例如，可以设置至少四个发动机单元，其中，在每种情况下，排气管路从一个发动机单元通向下一个相应的发动机单元，并且控制设备可以在四个发动机单元中的两个作为内燃机运行时部分负荷运行，第一和第三发动机单元作为内燃机运行，第二和第四发动机单元作为膨胀发动机运行。
另一方面，对于全负荷运行，控制设备可以将所有发动机单元作为内燃机运行。也可以进行混合操作，其中打开发动机单元的进口，并且该发动机单元仍接收在前一个发动机单元的废气。为了获得尽可能最佳的效率水平，在这种混合运行中根据所需的输出功率使用某些发动机单元可能是有益的。可作为变化设置的，采用前述混合运行替代作为膨胀发动机的运行。
运行设置可以被输入到控制设备中，该运行设置根据所需的输出功率来确定将多少废气从一个发动机单元引导到下一发动机单元，以及是否和/或将多少燃料引入相应的发动机单元中。
每个发动机单元均可以包括可移动的封闭体，该封闭体可以在不同的位置之间移动，在该封闭体中，该封闭体要么关闭通向废气收集管的排气口，并且打开通往随后的发动机单元的排气管道，要么打开通向废气收集管的排气口，并关闭通向随后的发动机单元的排气管道。在这种构造中，可关闭的出口由封闭体形成，所述封闭体同时还能够打开或关闭排气管路。封闭体可以包括例如百叶窗，阀或旋转体，特别是可旋转的开槽辊。
该控制设备可以设计成根据所需的输出功率以可变的比例关闭一些或每个可关闭的排气口。例如，设定将废气输出到废气收集管或通过相关的排气管道的比例。特别地，控制设备可以实现这样的设置，即，向一个发动机单元供应的燃料比向随后的发动机单元供应的燃料更多，其中，随后的发动机单元在此接收来自首先提到的发动机单元的可调节比例的废气，从而使得其旋转活塞既可由前一发动机单元的废气驱动，又可由从废气收集管通过进口直接引入的流体(废气或要燃烧的物质)驱动。
该控制设备可以实现一种设置(尤其是通过第一发动机单元的可关闭的排气口)，使得从第一发动机单元到随后的第二发动机单元的排气输出越来越大，从而实现第二发动机单元以及相应较低的废气输出到废气收集管。上述设置至少可以在一定运行范围内提供。因此，第二发动机单元在此也用作内燃机运行。
如果存在至少三个发动机单元，则可以规定，通向其中一个发动机单元的流入区域的是另外两个发动机单元的排气管道。可以并行地从其他两个发动机单元接收废气的在前一个发动机单元，在部分负荷运行下最好作为膨胀发动机运行。由此，可以确保，即使在部分负荷下，也可以将废气尽可能地从作为内燃机运行的每个发动机单元引导至作为膨胀发动机运行的发动机单元。如果例如三个可用的发动机单元中的两个作为内燃机运行，则仅当后一个发动机单元包括两个用于两个发动机单元的废气的进料管时，这两个发动机单元才能将废气进一步引导到用作膨胀发动机运行的发动机单元。相应地，以上设置适用于具有三个以上发动机单元的构造。
每个发动机单元可以具有一个燃烧室，该燃烧室具有相应的进口进入其中。从燃烧室可以通过两个通道通向旋转活塞所在的工作空间的夹套区域。通道可以定向，使得它们的纵轴径向指向向外超过两个旋转活塞的旋转轴。通过这种方式，确定了废气向旋转活塞的流入方向，该流入方向支撑了旋转活塞的旋转。
特别是为了避免对旋转活塞的密封条的热损坏，可以对工作空间的流入区域进行冷却。在这方面，燃料管路可以相邻地延伸至流入区域。燃料管路可以形成在形成工作空间的壳体中，并且特别地，不得通过位于两者之间的任何组件与流入区域分开。例如，钻孔可以在壳体中形成为燃料管路。为了避免意外的正向点火，燃料管路也可以在工作空间前方的可选燃烧室附近延伸。可代替燃料管路的，原则上也可以在所述管路中使用另一条流体或液体管路进行冷却。
为了使发动机单元可用于所述的不同运行模式，重要的是它可以在较大的压力范围内有效地工作，即摩擦小但旋转活塞与工作空间壁之间的密封性仍然良好。在常规设计中，产生摩擦很大一部分是在旋转活塞与周围墙壁的密封。在这种背景下，优选的是，每个旋转活塞具有至少两个空腔，在每个空腔中容纳有一根弹性管或一根弹性杆，并且，如果每个旋转活塞在其外圆周上具有至少两个密封条，则这些密封条伸入空腔中并通过容纳在其中的弹性管或杆径向向外推。因此，弹性管的纵轴基本上平行于旋转活塞的旋转轴。这样的管在其整个长度上向相关的密封条上提供均匀的压力。该管可以由橡胶或塑料制成，并且在任何情况下都不可以由金属制成，由此，如果管破裂的情况，则不会有金属碎片随意地穿过发动机并对发动机造成进一步损坏。因此，这种弹性(空心)管或弹性(实心)杆优于常规使用的螺旋弹簧或板簧。通过这种弹性管实现密封件的回弹性能，特别地如申请人在2018年2月14日提交的欧洲专利申请EP18156764.5中所描述的。
如果少于一半的发动机单元作为内燃机运行，则可以串联连接三个或更多的发动机单元。因此，将来自作为内燃机的发动机单元的废气引导首先通过两个或多个作为膨胀发动机运行的发动机单元，然后将其通过最后一个发动机单元的排气口导入废气收集管中。
所述控制设备也可以设计成，使得当发动机单元的运行从作为内燃机的运行转换为作为膨胀发动机的运行时，同时切换该发动机单元连接到多个或所有发动机单元的公共驱动轴的传动比。特别地，可以改变传动比/齿轮，以使得该发动机单元的旋转仅引起相比于该发动机作为内燃机运行时导致的更小的驱动轴旋转。通过这种方式，可以发现在两个或多个发动机单元的串联运行中，在每个发动机单元上的流速或废气压力分别降低。
发动机单元的工作容积也可以不同，即旋转活塞不占用工作空间的大小。为此，不同发动机单元的旋转活塞可以具有不同的尺寸，或者不同发动机单元的工作空间可以具有不同的尺寸。在将发动机单元从作为内燃机的运行转换为作为膨胀发动机的运行时，首先，可以首先选择工作量比其他发动机单元小的发动机单元。只有在所有工作量较小的发动机单元都已切换为膨胀发动机运行，同时为了获得所需的降低输出功率，在当前状态下要切换更多的发动机单元时，才考虑切换具有工作量更大的发动机单元。
除了所描述的发动机单元之外，内燃机还可以包括附加的发动机单元，每个发动机单元包括所描述的旋转活塞并且连接到公共驱动轴上。与到目前为止所描述的发动机单元可能存在的区别是，这些附加的发动机单元只能由前面所描述的发动机单元的废气提供，因此不能包括所述的进口。
“膨胀发动机”一词的目的是阐明，能量的产生是通过另一个发动机单元的废气膨胀来实现的，然而，作为内燃机运行时，通过燃烧释放的能量直接被发动机单元使用，而不是在到达另一个发动机单位后才被使用。目前方式下的一个区别特征是，一个运行作为一个内燃机是被理解为进料管进口打开(或对于每个点火循环至少是开启和关闭一次)，而在运行作为一个膨胀发送进口不断地关闭，也就是说，在另一台发动机的整个燃烧循环过程中，它都是关闭的。
所述可关闭的排气口可具有一种形状的可移动封闭体，原则上，为任意形状。例如，封闭体可以是百叶窗，阀或可旋转的开槽辊。根据位置的不同，也可以设计该封闭体来开启或关闭来自同一发动机单元的排气管道。可替代地，还可以为此目的提供一个进一步的封闭体。原则上，也可以在排气管道的末端设置可移动封闭体，以使得该封闭体打开可进入随后的发动机单元。
进料管也可以称为共轨。对于每个发动机单元，其具有流体连接，根据具体实施例，通过该流体连接可以将不同的流体引导到发动机单元。为了在进料管中建立足够的压力，可以像其他发动机单元一样提供一个由两个旋转活塞组成的冷凝器或压缩机。该冷凝器可以连接到发动机单元上以便驱动。
发动机单元的并联旨在表达这一事实，每个发动机单元被连接到一个共同的进料管线管以及一个共同的废气收集管，无需使来自进料管的流体首先流经一个发送机单元以达到另一个发动机单元。通过排气管道使发动机单元串行连接另一方面被了解为，来自进料管的流体首先流经第一个发动机单元(如果流体在进料管中或在第一个发动机单元上游的预燃室中尚未点燃，则在这里燃烧)，然后流经第二个发动机单元。
控制设备可以包括电子系统，其中所述控制设备的功能可以在软件或硬件中以任意比例编程。在各种变体中，还可以规定作为内燃机和作为膨胀发动机运行时，在各自的发动机单元中是否燃烧燃料是不同的，在这两种操作模式中，进口都是打开的(然后再次关闭)。
“所需输出功率”可以理解为内燃机确定的目标输出功率，特别是还作为驱动轴的目标扭矩。
根据本发明所述的作为内燃机附加特征的属性，通过适当的使用，还可产生根据本发明的方法的变体。特别地，所述控制设备的使用引起相应的方法变化。相反地，控制设备可以被设计来实现所描述的方法变化，特别是通过相应的控制可关闭的进口和排气口以及燃油喷射和点火。
附图说明
本发明的进一步优点和特征将参考所附的示意图描述如下，其中：
图1是根据本发明的内燃机的示例性实施例的示意图说明；
图2是根据本发明的内燃机的发动机单元的截面示意图；
图3是根据本发明的内燃机的发动机单元的进一步截面示意图；
图4是图3的放大的剖视图，并且
图5是根据本发明的内燃机的发动机单元的进一步示例性实施例的截面示意图。
具体实施方式
相同的参考数字通常用于标识图中相同或类似的部件。
图1显示了根据发明的内燃机100的示例性实施例。它包括多个发动机单元50A-50C，每个发动机单元都是具有至少两个相互啮合的旋转活塞。在图1的示例中，显示了第一个发动机单元50A，第二个发动机单元50B和第三个发动机单元50C。更多的发动机单位可以跟随设置。发动机单元50A-50C的结构将在下面进一步详细描述。一个共同的进料管60连接到每个发动机单元50A-50C。根据发动机单元50A-50C的设计，新鲜空气或燃料-空气混合物通过进料管输送。可以规定的是如果燃料与空气的混合物已经在进料管60中点燃，然后将产生的废气/燃烧流体引入到发动机单元50A-50C中。
废气收集管66可以通过相应的排气口64A-64C接收来自发动机单元40A-50C输出的废气。
从进料管60到发动机单元50A-50C的进口62A-62C被设计为可关闭的进口。排气口64A-64C同样可以设计为可关闭。这些是采用控制设备70控制的。
进一步提供了，从所述第一发动机单元50A到所述第二发动机单元50B的排气管道63A，以及从所述第二发动机单元50B到所述第三发动机单元50C的另一排气管道63B。第三个发动机单元50C(通常是最后一个发动机单元)可以有选择地依次包括到第一个发动机单元50A的排气管道(未显示)。
驱动第一发动机单元50A的旋转活塞的废气通过排气管道63A到达第二发动机单元50B并驱动其旋转活塞。在此方式下，第二发动机单元50B可以使用来自第一发动机单元50A的废气能量。
控制设备70可以在两种运行模式之间对每个发动机单元进行可变切换，即在内燃机100的持续运行中切换。在第一种运行模式下，打开进口62B,62C，连接到发动机单元50B,50C(因此，该发动机单元直接由燃油-空气混合燃料燃烧驱动)。另一方面，在第二种运行模式下，发动机单元50B、50C各自的进口62B、62C关闭，相应的，该发动机单元50B、50C仅由前一个发动机单元50A、50B的废气驱动。
在本文件中，第一运行模式也视为用作内燃机运行，而第二运行模式也视为用作膨胀发动机运行。
在示出的实施例中，不设置通向第一发动机单元50A的另一发动机单元50B，50C的排气管道，从而使得发动机单元50A可以总是作为内燃机运行而不是作为膨胀发动机运行，而对于所有其他发动机单元50B，50C，该选择是可用的。在其他构造中，也可以为第一发动机单元50A提供这种选择。
对于排气管道63A，63B，同样可以设置可移动的封闭装置。还可以设置，排气管道63A的封闭和可关闭的出口开口63A由共同的部件形成，例如由截止阀或另一可移动体形成，该可移动体根据其位置打开两个中的一个并关闭另一个，或者在中间位置以可变比例同时打开两个。
控制设备70可以设定发动机单元50A-50C是否为并联运行，即所有进口62A-62C都打开，还是串联例如，一个进口62A打开而其他进口62B，62C关闭。
还可以规定，如果第二进口62B关闭，则通向废气收集管66的第一排气口64A总是关闭。第一发动机单元50A的所有废气因此到达第二发动机单元50B。随后的发动机单元也可以相应地适用。
特别是，对于满负荷运行，可以打开所有的进口62A-62C(即在对应燃烧循环的每个循环中再次打开和关闭)。随着输出功率的减小，越来越多数量的进口62A-62C保持关闭，从而相应的发动机单元仅由另一发动机单元的废气驱动，从而有助于提高效率。
所有发动机单元50A-50C都可以连接到公共驱动轴75。因此，与常规的多缸往复式发动机相比，所有发动机单元特此始终处于废气压力下，而在常规的多缸往复式发动机中，在给定时刻未使用的所有活塞都没有处于压力下，且必须随身携带，从而消耗能量。
将参照图2和图3更详细地描述发动机单元50A的示例结构。以下构造也可能适用于其他发动机单元。发动机单元50A包括两个旋转活塞20、30，它们一起旋转且由流过的流体驱动。两个旋转活塞20、30的旋转轴延伸穿过旋转活塞20、30的各个中点。图2和3的截面图是垂直于这些旋转轴的截面图。
发动机单元50A包括壳体10，该壳体在其内部形成内部空间11。内部空间11可以由为与进口62A，排气口64A以及与排气管道63A连接形成不透流体的空间。在内部空间11中设置两个旋转活塞20、30，使得它们分别与内部空间11的内壁形成密封连接并且还彼此密封连接，而与它们的瞬时旋转位置无关。如果将流体通过进口62A引导到内部空间11中，则若使流体沿旋转活塞20、30流动并设置它们旋转，则最后只能到达排气口64A和排气管道63A。因此，内部空间11在本文件中也被描述为工作空间11。内部空间11直至连接到进口62A的旋转活塞20、30的区域被描述为流入区域12。另一方面，将工作空间11直至与排气出口开口64A连接的旋转活塞20、30的部分被描述为流出区域13。旋转活塞20、30的旋转能量可以以原则上已知的方式用于本身任意的应用中，例如作为机械驱动器或通过发电机产生电能。
两个旋转活塞20、30具有相同的直径，并且每个旋转活塞在其外圆周上具有齿轮22、32。两个齿轮22、32彼此啮合。特此在两个旋转活塞20、30之间实现密封，并且在该位置阻止流体通过。另外，两个旋转活塞20、30通过齿轮22、32沿相反的旋转方向同步地旋转。
此外，每个旋转活塞20、30具有两个凸出部分25、35，它们在齿轮22、32上各自径向向外突出。除了被凸出部分25、35打断之外，两个齿轮22、32还被两个凹陷部分24、34打断。因此，在凹陷部分24、34的区域中，旋转活塞20、30各自具有较小的半径。当旋转活塞20、30一起旋转时，一个旋转活塞30的凸出部分35接合在另一个旋转活塞20的凹陷部分24中，反之亦然。
每个凸出部分25、35具有一个插槽，特别是在径向方向上。在每个插槽中设置有密封条21、31，其从插槽向外突出。密封条21、31可以根据旋转活塞20、30的旋转位置与内部空间的内壁密封接触。
密封条的设计及其固定和弹性方式对于发动机的摩擦和密封性能非常重要，由此可以很大程度上确定发动机的效率。
容纳密封条21、31的插槽分别通向空腔27、37。在常规的旋转活塞发动机中，在这些插槽的端部放置有弹簧，例如螺旋弹簧或板簧。但是，这会导致不均匀的压力：在轴向上(从图纸平面看)，板簧仅在其中央具有高压，该高压向着边缘方向急剧减小。螺旋弹簧也是选择性地作用，即局部作用。此外，如果这种金属弹簧断裂，则存在小的金属颗粒渗透到发动机其他部分并在那里造成严重损坏的风险。通过在每个空腔27、37中设置一个或多个由诸如硅树脂或橡胶之类的弹性材料制成的管28、38，克服了这些缺点。密封条21、31延伸至或伸入空腔27、37中并紧靠硅胶管。由此，后者被压缩并且在密封条21、31上施加定向的径向向外的压力。该圆筒形管在轴向上可以具有相等的横截面，从而在轴向长度上施加均匀的压力。此外，由于不使用任何金属零件，在发生管破裂的情况下，不会对发动机造成损坏的风险。
为了可视化的目的，如图3仅示出单个密封条及其相关的管在旋转活塞30上，而第二空腔37和与其相邻的插槽被显示为空。当然，在使用过程中，管在这里还作为弹性装置放置在空腔37中，且密封条放置在插槽中。
每个旋转活塞可以对称地构造，即，凸起部分的形状，密封条和流体流入侧的凹陷部分与旋转活塞的旋转方向无关。从而，发动机单元50A原则上可以在两个旋转方向上均等地操作。为了改变方向，使流体引入反向，因此通过排气口64A引入到内部空间11中并且通过进口62A引入。在这种情况下，必须在旋转活塞与废气收集管之间形成一个带有可选点火设备的附加燃烧室，或者必须在称为废气收集管的管中进行燃油-空气混合物的点火，以达到废气可以反向流经发动机单元的目的。
在图4中示出了旋转活塞30的放大的剖视图。密封条31在凸起部分35上径向向外突出，并向内伸入设置有中空管38的空腔37中。密封条31在中央区域具有加厚区域31A。用于密封条的间隙或插槽在相应的位置处具有凹陷部分(固定槽)，加厚区域31A放射状伸入该凹陷部分(固定槽)中。密封条31因此具有十字形的横截面。密封条31由此被保持在插槽中，并且不能径向向外或径向向内滑出插槽。选择密封条31的横截面尺寸和凹陷部分在插槽上的位置，以使密封条31伸入空腔37中并且(当发动机单元静止时)压缩管38。因此，管38被预张紧并且导致，在静止状态或在发动机单元启动时，密封条31与壳体的内壁密封接触。管38具有圆形横截面，该圆形横截面可以是无预张紧力的圆形，并且通过对密封条31的预张紧力，可以具有拱形的或椭圆形的形状。在发动机转速较高时，离心力还会引起密封条具有向外压力，从而提供密封效果。为了确保密封条向外的压力不会变得不必要地大且不会产生不必要的摩擦，通过加厚区域31A，密封条31向外的运动空间被限制。如果在较高的离心力下密封条31通过其自身的重量被向外推，则硅胶管38B在此减轻负担，这对硅胶管38的使用寿命产生了积极的影响。
如图5示出了另一实施例的发动机单元50A的横截面。发动机单元50A在此包括一个燃烧室80，该燃烧室位于可关闭的进口62A和旋转活塞的工作空间11之间。一个点火设备可以设置在燃烧室80上，以便点燃通过进口62A引入的燃料-空气混合物。(在没有单独的燃烧室80的构造中，也可以在工作空间的流入区域12上设置点火设备，以便在该处点燃燃料-空气混合物)。来自燃烧室80的通过燃烧产生的废气通过两个通道81和82到达工作空间。通过通道81和82的定向，将促进废气流向旋转活塞的凸起部分。为此，每个通道81、82各自的纵轴被定向成，使得其大致延伸至垂直于旋转活塞的旋转轴并且径向向外进一步超过旋转轴。通道82的纵轴为如图5中所示虚线。如图所示，该纵轴没有延伸至旋转活塞30的中点，而是径向向外进一步延伸超过它(即，不是位于两个旋转活塞之间，而是在旋转活塞30远离另一个旋转活塞20的一侧上)。通过这样的方式，更大的压力被施加在旋转活塞上的凸起部分上。
如果在位于其上游的进料管中发生燃料-空气混合物的点火，则也可以省略带有点火设备的燃烧室80。在这种情况下，通道81、82的方向也可以如图5中所描述的那样。
排气管道可以从前面的发动机单元开始，通向燃烧室80或直接通向流入区域12(未显示)。有利的是通向燃烧室80，以便也可以在那里与燃料-空气混合物进行混合。
在根据本发明的内燃机的发动机单元中可能的是，在并联运行和串联运行之间进行切换，并且因此一些发动机单元仅通过前一发动机单元的废气流过，或者直接通过由燃烧产生的废气流过，可以在较大的输出功率范围内实现更高的效率水平。

Claims (15)

1.一种内燃机，包括多个发动机单元(50A-50C)，每个都包括：
工作空间(11)，其中两个旋转活塞(20、30)相互啮合，从而将工作空间(11)划分为流入区域(12)和流出区域(13)，其中旋转活塞(20、30)设置为由流经工作空间(11)的流体驱动；
通向流入区域(12)的可关闭的进口(62A-62C)；以及
离开流出区域(13)的可关闭的排气口(64A-64C)；
与进口(62A-62C)连接的进料管(60)，以及废气收集管(66)，其连接至排气口(64A-64C)，以使发动机单元(50A-50C)彼此并联连接；
排气管道(63A，63B)，每个排气管道从一个发动机单元(50A，50B)的流出区域(13)通向另一个发动机单元(50B，50C)的流入区域(12)，使发动机单元(50A-50C)之间串行连接；以及
控制设备(70)被设计成，其根据所需的输出功率使至少一些发动机单元(50B，50C)或作为内燃机运行，其中各个发动机单元(50B，50C)的进口(62B-62C)通向进料管(60)，或作为膨胀发动机运行，其中各个进口(62B-62C)保持关闭，而各个旋转活塞(20，30)被通过各个排气管道(63A，63B)流入的废气驱动。
2.根据权利要求1所述的内燃机，其特征在于：
所述控制设备(70)被设计为，如果随后的发动机单元(50B，50C)作为膨胀发动机运行，关闭其中一个发动机单元(50A，50B)至废气收集管(66)的排气口(64A-64C)，并仅通过相关的废气收集管(63A,63B)引导废气至随后的发动机单元(50B，50C)。
3.根据权利要求1所述的内燃机，其特征在于：
通过进料管(60)提供新鲜空气；
每个发动机单元(50A-50C)包括一个用于喷射燃料的喷嘴，该燃料在发动机单元(50A-50C)中燃烧；
所述控制设备(70)被设计成，如果发动机单元(50A-50C)用作内燃机运行，则燃料被喷射并且其连通至进料管(60)的进口(62A-62C)打开，并且，如果发动机单元(50B，50C)作为膨胀发动机运行，则不喷射燃料，并且进口(62A-62C)不打开。
4.根据权利要求1或2所述的内燃机，其特征在于：
通过进料管(60)提供燃料-空气混合物；
所述控制设备(70)被设计为，使得如果发动机单元(50A-50C)作为内燃机运行，则燃料空气混合物会通过发动机单元(50A-50C)的进口(62A-62C)引入并在其中燃烧，并且如果发动机单元(50B-50C)作为膨胀发动机运行，则不会通过可关闭的进口(62A-62C)引入燃油-空气混合物，而是分别关闭在前的各个发动机单元(50A-50B)的排气口(64A)-64B)，以便使在前的发动机单元(50A-50B)的废气通过相关的排气管道(63A，63B)接收。
5.根据权利要求中1所述的内燃机，其特征在于：
所述控制设备(70)被设计为
在满负荷运行中，将所有发动机单元(50A-50C)用作内燃机运行，
在部分负荷运行中，其中一半的发动机单元将作为内燃机运行，选择要用作内燃机的发动机单元，以便在两个用作内燃机的发动机单元(50A，50C)之间，总有一个发动机单元(50B)作为膨胀发动机运行。
6.根据权利要求中1所述的内燃机，其特征在于：
所述控制设备(70)包括运行设置，所述运行设置根据所需的输出功率来确定将多少废气从其中一个发动机单元(50A-50C)引导到下一发动机单元，以及是否引入或引入多少燃料进入各个发动机单元(50A-50C)。
7.根据权利要求1所述的内燃机，其特征在于：
发动机单元(50A-50C)每个均包含一个可移动的封闭体，所述可移动的封闭体被配置为在不同位置之间移动，在所述不同位置中，所述封闭体或关闭通向废气收集管(66)的排气口(64A-64C)并打开连接至随后的发动机单元(50B-50C)的排气管道(63A，63B)，或打开通往废气收集管(66)的排气口(64A-64C)，并关闭连接至随后的发动机单元(50B-50C)的排气管(63A，63B)。
8.根据权利要求1所述的内燃机，其特征在于：
所述控制设备(70)被设计成，随着所需输出功率的减小，越来越多的发动机单元(50A-50C)的运行由作为内燃机运行改变为作为膨胀发动机运行。
9.根据权利要求1所述的内燃机，其特征在于：
所述控制设备(70)被设计为，设置将从第一发动机单元(50A)输出到随后的，第二发动机单元(50B)，的废气逐渐升高，并将从第一发动机单元(50A)排放至废气收集管(66)的废气相应地降低，由此被引导至第二发动机单元(50B)的燃油量就更少。
10.根据权利要求1所述的内燃机，其特征在于：
至少提供三个发动机单元(50A-50C)；以及
通往其中一个发动机单元的流入区域(12)的是来自其他两个发动机单元的排气管道。
11.根据权利要求1所述的内燃机，其特征在于：
每个发动机单元(50A-50C)都具有一个燃烧室(80)，通过各自的进口(62A-62C)进入该燃烧室，其中从燃烧室(80)到工作空间(11)的夹套区域有两个通道(81、82)，所述通道(81、82)被定向为使得它们的纵轴指向朝外进一步超过两个旋转活塞(20、30)的旋转轴。
12.根据权利要求中1所述的内燃机，其特征在于：
为了冷却其中一个发动机单元(50A-50C)的流入区域(12)或燃烧室(80)，燃料管路与所述流入区域(12)或所述燃烧室(80)相邻地延伸。
13.根据权利要求1所述的内燃机，其特征在于：
每个旋转活塞(20、30)具有至少两个空腔(27、37)，每个空腔中容纳有弹性管(38)或弹性杆，并且每个旋转活塞(20、30)在其外圆周上具有至少两个密封条(21、31)，它们伸入空腔(27、37)中，并被弹性管(38)或容纳在其中的杆向外推动。
14.根据权利要求1所述的内燃机，其特征在于：
所述控制设备(70)被设计成，使得在发动机单元(50B，50C)的运行从作为内燃机的运行切换为作为膨胀发动机的运行时，所述发动机单元(50B，50C)连接到公共驱动轴(75)的传动比也同时被切换。
15.一种用于运行内燃机的方法，所述方法包括多个发动机单元(50A-50C)，每个包括：工作空间(11)，其中两个旋转活塞(20、30)相互啮合，从而将工作空间(11)划分为流入区域(12)和流出区域(13)，其中旋转活塞(20、30)设置为由流经工作空间(11)的流体驱动；
通向流入区域(12)的可关闭的进口(62A-62C)；以及
用于离开流出区域(13)的可关闭的排气口(64A-64C)；
与进口(62A-62C)连接的进料管(60)，以及废气收集管(66)，其连接至排气口(64A-64C)，以使发动机单元(50A-50C)彼此并联连接；以及
排气管道(63A，63B)，每个排气管道从一个发动机单元(50A，50B)的流出区域(13)通向另一个发动机单元(50B，50C)的流入区域(12)，使发动机单元(50A-50C)之间串行连接；
其中，控制设备(70)根据所需的输出功率可变地设定有多少个发动机单元(50B，50C)作为内燃机运行，其中，各个发动机单元(50B，50C)的进口(62B-62C)通向进料管(60)，或者作为膨胀发动机运行，其中各个进口(62B-62C)保持关闭，同时各个旋转活塞(20、30)则由来自另一发动机单元(50A，50B)通过其中一个排气管道(63A，63B)流进的废气驱动。
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